JP3747232B2

JP3747232B2 - Manufacturing method of aluminum casting forgings

Info

Publication number: JP3747232B2
Application number: JP2001110094A
Authority: JP
Inventors: 政治松本; 正利渡部; 大輔町野
Original assignee: 豊栄工業株式会社; 旭テック株式会社
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: JP2002302730A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用部品等に用いられるアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法に関する。より特定すれば、展伸用アルミニウム合金を原料として、鋳造した後に鍛造して作製され、耐腐食性、及び、機械的性質が優れていて、自動車の燃費改善のために軽量化が求められている車両用足廻り部品に使用されるアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題の１つである地球温暖化は、人間のあらゆる活動における二酸化炭素の影響が大きいといわれており、世界的に、工場や発電所から排出される二酸化炭素の低減と、二酸化炭素を生じる化石燃料の消費量低減が強く求められている。１９９７年に京都で開催された気候変動枠組条約第３回会議、所謂地球温暖化防止会議ＣＯＰ３において、日本は、主に二酸化炭素が占める温室効果ガス排出量の２００８〜２０１２年の平均値を、１９９０年比で６％低減することを約束している。
【０００３】
この会議の結果に基づき、自動車の燃費には、ガソリンエンジンで２０１０年度、ディーゼルエンジンで２００５年度を目標年度として、車両重量区分別の目標基準値が定められた。又、税制も低公害車、低燃費車を優遇する措置が取られた。従って、今後、自動車購入者、及び、使用者の環境問題への理解度向上とともに、自動車製造業者においては、燃費向上のための技術開発を促進し、燃費の優れた自動車の開発に努めることが強く求められると考えられる。又、自動車購入者の意識向上に連れて業者間の競争も激しさを増し、これに打ち勝つためには、燃費向上技術の開発がより重要になってくる。
【０００４】
自動車の燃費改善対策には、燃料電池、天然ガス、及び、電気等の新しい動力源の利用、若しくは、それらのハイブリッドな利用、あるいは、希薄燃料エンジンや直噴エンジン等の原動機系の技術改善、更には、動力伝達系の損失改善や、車体外形改善による走行抵抗の低減等があるが、最も効果があり、他のどの技術とも併用して適用可能なのが自動車重量の軽量化である。自動車そのものを軽量化すれば動力源への負荷が減り、何れの動力源であっても燃料の使用量を減らすことが可能となる。
【０００５】
又、付加的に自動車の足廻りを軽量化することが、自動車の運転操作性、乗り心地感の向上に寄与するために、軽量化においては、車両の足廻り部品がより優先度の高い対象となり得る。
【０００６】
一般に、自動車の軽量化を図る際には、コストアップという改善すべき課題と直面する。軽量化技術としては、構造設計技術と材料技術に大別されるが、構造設計技術たる車体構造や構成要素の抜本的改良に比べ、材料技術での対応、即ち、使用材料を変更することが、より取り組み易い軽量化手段といわれている。しかしながら、それらの軽量な材料は総じて高コストである。軽量化材料としては、例えば、ＦＲＰ等樹脂材料、高張力鋼板利用による鉄の薄板化、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、セラミックス、金属複合材料、金属間化合物等が挙げられるが、その中で最も耐食性等の弱点が少なく、鉄に比べ高コストではあるものの、軽量化材料の中では、より低コストで適用し易いのがアルミニウム合金である。
【０００７】
アルミニウム合金は、鉄の約１／３の密度であり、既にエンジンシリンダヘッド、エンジンシリンダブロック等に、より製造し易い鋳造品が多く用いられている。これら鋳造品は、高速射出成形、所謂ダイキャスト法によって製造され、生産効率が良く、比較的低コストで製造可能であるが、製造工程上からアルミニウム材料に空気が混入して成形されることが避けられず、高い機械的強度を持ち得ない。上記のように、軽量化が要望されている足廻り部品においては、強度不足による破損が、安全に係わる重要な問題に直結するため、ダイキャスト法によって製造される鋳造品の適用は困難であるという問題があった。
【０００８】
足廻り部品、例えばウィッシュボーンサスペンションのロアアーム及びアッパーアームや、ステアリングに連動してタイヤを操るナックルアーム等では、その設置場所が車両のボディ内であっても路面から跳ね上がる雨水に濡れることが多い。又、渋滞時においては周囲の車から排出される排気ガスと常時接していて、運転中は常に腐食性雰囲気の中に晒されている。従って、車両の足廻り部品等の材料の条件としては、過酷な使用環境に耐え、腐食性が小さいことが、車両の安全性を長期にわたり保持するためには必要であり、更に加えて、強度や伸びの特性が充分で、欠陥が少なく、より軽いことが求められる。従来も、その条件に合ったＡ６０６１合金鍛造品やＡＣ４ＣＨ合金スクィーズ鋳造品（低速射出成形品）等が、既に一部で用いられているが、これらは高コストという問題が解決されておらず、適用が極限定されているのが現状である。
【０００９】
従来のＡ６０６１合金鍛造品等の、所謂純粋なアルミニウム鍛造品が高コストである理由は、鍛造工程数が多いこと、鍛造用原料そのものが高コストであること、更には、鍛造工程中にバリなどの無駄が生じて高コストの鍛造用原料が効率よく鍛造品に成形されていないこと等が挙げられる。又、スクィーズ鋳造品でも、工程数が多い上に射出スピードが遅いため生産性が上がらず、低コスト化出来ていない。
【００１０】
このように、車両用部品、特に足廻り部品においては、軽量化を図るために、腐食し易い雰囲気の中で使用されても、長期の間、錆びたり、変形や破壊が起きない、より低コストなアルミニウム製品が求められているが、従来より、このようなアルミニウム製品を作製する材料として、改善された種々のアルミニウム合金が提案されてきている。
特開平５−５９４７７号公報によれば、成分調整によって結晶粒の粗大化を抑制し、機械的性質が優れたものとした鍛造用アルミニウム合金が提案されている。珪素１．０〜１．５重量％、マグネシウム０．８〜１．５重量％、銅０．４〜０．９重量％、マンガン０．２〜０．６重量％、クロム０．３〜０．９重量％他を含有する成分となるよう調整し、マトリックスの強度向上、結晶粒の粗大化抑制を図り、引張り強さ４０ｋｇｆ／ｍｍ²を実現したとしている。
【００１１】
しかしながら、この提案では強度の向上は図られているものの、従来の鍛造用原料の成分を変えただけで製造方法は変わらず低コストにならない上に、従来の鍛造用原料（Ａ６０６１合金）より銅を多く含んでいるために耐食性が低下し、車両の足廻り部品への適用性には問題があった。
【００１２】
又、特開平７−２５８７８４号公報によれば、鋳造性に優れ高強度な鍛造用アルミニウム合金材料が提案されている。珪素０．８〜２．０重量％、マグネシウム０．５〜１．５重量％、銅０．５〜１．０重量％、マンガン０．４〜１．５重量％、クロム０．１〜０．３重量％他を含有する成分となるよう調整したアルミニウム合金材料の溶湯を用いて、凝固過程の冷却速度を制御して連続鋳造した後、均熱処理を施し、続いて熱間鍛造を行って、その後に溶体化処理、更には時効処理を行って得たアルミニウム合金鍛造品は、最終製品に近い形状に鋳造する場合に、従来のＡ６０６１合金を原料とした際に生じていた鋳造割れが起きないとしている。
【００１３】
この提案においても、鋳造性の改良が成されているものの、やはり、従来の鍛造用原料（Ａ６０６１合金）を用いた場合に比べて、製造工程は同等かむしろ複雑化して低コストに結びつかない上に、銅をより多く含んでいるために耐食性が低下し、足廻り部品への適用には不安が残っていた。
【００１４】
更には、特開平８−３６７５号公報によれば、機械的特性に優れた低コストな鍛造用アルミニウム合金が提案されている。珪素０．６〜３．０重量％、マグネシウム０．２〜２．０重量％、銅０．３〜１．０重量％、マンガン０．１〜０．５重量％、クロム０．１〜０．５重量％他を含有し、且つ、Ｍｇ₂Ｓｉが１．５重量％以上になるように成分調整したアルミニウム合金を、１０〜５０％の据込率で鍛造加工することにより、鋳造時に熱間割れが発生せず、鍛造後に強度を向上させることが出来るとしている。
【００１５】
この提案では、鋳造時に最終製品に近い形状に成形出来、押出工程を省略して鍛造出来るため、製造コスト低減が図られているが、酸化し易い銅の含有量を０．３〜０．５重量％として、少なくした場合には、引張り強さ、０．２％耐力が低下し、鍛造後の製品は、従来の鍛造品であるＡ６０６１ＦＤ規格値よりも強度が低下するといった問題が生じていた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、国際的に二酸化炭素の排出量を規制し低減する取り組みが盛んになる中で、自動車の燃費を改善する要望が強まり、軽量であって従来の材料の中では比較的低コストであるアルミニウム合金を用いたアルミニウム製品を、高い機械的強度と優れた耐腐食性を保持しながら、更に低コスト化を図り、種々の自動車用足廻り部品に適用することが求められているが、適切なアルミニウム製品の製造方法が提案されていなかった。
【００１７】
本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来技術の問題を解決することにある。より特定すれば、引張強さ、０．２％耐力、伸びが大きく、従来の鍛造品と同等以上の機械的性質を有していて、耐食性に優り、又、不用な鍛造用原料を再利用可能であって、より簡素な製造工程を採用したアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法を提供することにある。そして、この製造方法により製造されたアルミニウム鋳造鍛造品を自動車等の足廻り部品に適用し、燃費低減を図り、排出二酸化炭素を削減して、地球温暖化防止等の環境対策に貢献することにある。
【００１８】
本発明者等は、上記の課題を解決するために、アルミニウム肉厚加工製品の原料や製法について種々検討した結果、展伸用アルミニウム合金を原料とし、含有する銅の重量比率を少なくして、酸化劣化、腐食性を抑え、最終製品形状に近すぎない形状に成形したプリフォーム成形品を先ず鋳造し、このものを所望の形状を有する最終製品となるまで鍛造加工することにより低コストでアルミニウム鋳造鍛造品が製造できることを見出し、この製造方法により上記の目的を達成出来ることを見出した。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、珪素０．４〜０．８重量％、鉄０．７重量％以下、マグネシウム０．８〜１．２重量％、銅０．１〜０．４重量％、クロム０．０４〜０．３５重量％と不可避的不純物と残余はアルミニウムであるアルミニウム合金を用いて、異形の形状を有するプリフォーム成形品を金型温度６０〜１５０℃で鋳造する工程と、かくして得られた前記プリフォーム成形品を所望の形状となるまで鍛造する工程を含む、アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法が提供される。この製造方法により得られたアルミニウム鋳造鍛造品は、銅を０．１〜０．４重量％含有し、引張強さが３００Ｎ／ｍｍ²以上、０．２％耐力が２６０Ｎ／ｍｍ²以上、且つ、伸びが１０％以上であり、車両用足廻り部品として好適に用いることが出来る。
【００２０】
又、鋳造により得られるプリフォーム成形品が、所望の形状を有するアルミニウム鋳造鍛造品の最終形状を１００％としたときに、加工率が１８乃至６０％となるように鋳造するものであるアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法が提供される。更に、この製造方法においては、原料の一部として、鍛造工程中で発生したバリを利用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品について、実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２２】
本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の展伸用アルミニウム合金材料を原料として、この原料を溶解して鋳造し、加工率が最終製品の１８〜６０％程度となるプリフォーム成形品を得て、更に、鍛造工程を経て作製されるアルミニウム鋳造鍛造品である。
【００２３】
本発明は、アルミニウム鋳造鍛造品であって、含まれる微量金属のうち酸化し易い銅を０．１〜０．４重量％に抑えて耐腐食性を向上させ、且つ、引張強さが３００Ｎ／ｍｍ²以上、０．２％耐力が２６０Ｎ／ｍｍ²以上、伸びが１０％以上といった従来の鍛造品以上の機械的性質を有することが特徴である。銅の含有率は、０．１〜０．２重量％であることがより耐腐食性が高まるので好ましい。又、引張強さは好ましくは３４０Ｎ／ｍｍ²以上、０．２％耐力は好ましくは３１０Ｎ／ｍｍ²以上、伸びは好ましくは１１％以上である。尚、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の引張強さ、０．２％耐力、伸びという機械的性質は、日本工業規格Ｚ２２０１で規定されている試験法に従って求めたものである。
強度に貢献するものの錆を導き易い銅の含有量を抑えて、このような高い強度を実現したことで、腐食性雰囲気のもとで使用される自動車の足廻り部品、例えば、サスペンション系統やステアリング系統の部品に好適に用いることが可能になった。足廻りの重要な部品、例えば、フロントのウィッシュボーンサスペンションのロアアーム及びアッパーアーム、リアのスイングアームサスペンションのトレーリングアーム、ステアリングに連動してタイヤを操るナックルアーム等に、長期間錆びにくく壊れにくい低コストな本発明のアルミニウム鋳造鍛造品を適用出来ることで、車両の軽量化が一層進め易くなる。
【００２４】
以下、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品を具体的に説明する。
本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の展伸用アルミニウム合金、即ち、６０００番台の合金を原料として、銅の含有量を少なく抑えている。例えば、従来の鍛造に好適に用いられるＡ６０６１合金を原料として用いることが可能である。Ａ６０６１合金の成分規格は、日本工業規格Ｈ４０４０によればアルミニウムを主成分として、他に微量金属を、珪素０．４〜０．８重量％、鉄０．７重量％以下、マグネシウム０．８〜１．２重量％、銅０．１５〜０．４重量％、クロム０．０４〜０．３５重量％含む合金である。酸化し易い銅が少なく、充分な耐腐食性を有する合金材料といえる。
【００２５】
銅は、これを含有させることによって、強度改善を図ることが出来る元素である。銅を含有させた鍛造品では、冷却後に常温放置し、時間をかけて結晶を析出させる、所謂時効処理で発現するＡｌ−Ｃｕ、又は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の析出物を得ることが出来、これらによって、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の合金において、析出するＭｇ₂Ｓｉの強度改善作用を促進させることで強度が向上する。本発明では、従来の鍛造品以上の強度が必要なので、銅を含有させることが好ましい。しかしながら、例えば、自動車の足廻り部品等の耐腐食性が重要視される製品への適用を考慮した場合に、酸化し易い銅は、入れすぎると腐食し易くなるので、少なめに含有することが肝要である。
【００２６】
銅は、アルミニウム鋳造鍛造品中に０．１〜０．４重量％含むことが好ましい。銅が０．１重量％未満では、強度の向上に寄与せず、０．４重量％より多い場合には、耐腐食性が低下し錆び易くなり、過酷な使用条件下では長期にわたり強度を維持出来なくなるので好ましくない。
【００２７】
本発明においては、展伸用アルミニウム合金を原料として、これを溶解して鋳造するので、原料として、例えば、従来の鍛造用原料であって、通常の鍛造工程において多量に生じる不用なバリを再利用することが可能である。従来は、鍛造工程から発生するバリは、回収してより安価な鋳造材用のインゴットとして再利用されているだけで、より高価な鍛造用の原料としてリサイクルされていなかった。本発明では、鍛造工程から発生する、一般に使用する原料の概ね３０％にもなる不用なバリを、鍛造用の原料としてリサイクルし、原料費の削減を図り、アルミニウム鋳造鍛造品の低コスト化を実現している。
【００２８】
次いで、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法について説明する。
上記の通り、通常の鍛造時に必ず生じる不用なバリを原料として用いることが可能であり、製造コスト低減に寄与するのでバリを原料として用いることが好ましい。この原料は、展伸用アルミニウム合金であって、銅を０．１〜０．４重量％含有するものを用いる。
【００２９】
この原料を、溶解炉に入れて約６８０〜７８０℃に熱して溶解し、次いで保持炉に入れて脱ガス処理、及び脱酸処理を施し、溶湯を得る。そして、この溶湯から、鋳造装置を用いて金型成形し、鍛造用素材を得る。
この際、金型の温度は、約６０〜１５０℃に調整しておくことが好ましい。
【００３０】
次いで、鋳造装置を用いて金型成形し得られた鍛造用素材を、約３８０〜５２０℃の表面温度に加熱し、鍛造プレスによって型打ちし、荒鍛造品を得る。
【００３１】
そして、その荒鍛造品を、冷却後、再度、約３８０〜５２０℃の表面温度に加熱して、鍛造プレスによって仕上げの型打ちを行い、仕上鍛造品を得る。この仕上鍛造品を、トリミングを行い、Ｔ６処理等の熱処理が施されて鍛造製品となる。このような製造工程によって本発明のアルミニウム鋳造鍛造品が得られる。鍛造プレスの荷重は、例えば、自動車用足廻り部品たるナックルアームの場合に、荒鍛造で概ね２６００〜２８００トン、仕上鍛造で概ね３２００〜３８００トンである。
【００３２】
本発明においては、本発明の製造工程中の、鍛造プレス、及びトリミングによって生じるバリも、バリ抜き機によって集められて、再び本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の原料として再利用することが可能である。従って、全てリサイクルされ、廃棄物や安価な鋳造用原料となることがない。
【００３３】
本発明の、アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法では、原料を溶かして溶湯を得た後に行う鋳造において、鋳造用の金型の形状が、最終の鍛造製品の形状を１００％としたときに、概ね加工率が１８〜６０％である形状とすることが好ましい。その後の鍛造によって、充分に強度が向上し、且つ、鍛造工程がより簡略化出来るからである。即ち、この加工率を概ね１８〜６０％とすることによって、鍛造による強度向上効果と鍛造工程の簡略化によるコストダウンとのバランスが保たれる。
ここで加工率とは加工の程度を表す値で、例えば、図３に示すような初めの厚さＤ１の材料Ａが荷重Ｆによって加工され、加工後に厚さＤ２となったときに、その加工率Ｒは次式で表される。
Ｒ［％］＝（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１×１００（Ｄ１＞Ｄ２）
但し、加工後の厚さＤ２の方が厚い場合には、次式で表す。
Ｒ［％］＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（Ｄ２＞Ｄ１）
即ち、本発明において、アルミニウム鋳造鍛造品の最終形状を１００％としたときに加工率が概ね１８〜６０％となるように鋳造したプリフォーム成形品とは、そのプリフォーム成形品を鍛造して最終製品を得る場合に、プリフォーム成形品の各部分の厚さと、最終製品において相当する各部分の厚さとにより求めた加工率が、各部分において概ね１８〜６０％におさまるような形状のプリフォーム成形品を鋳造によって得るということである。
【００３４】
本発明においては、例えば、使用環境が必ずしも良くない自動車の足廻り部品等を最終製品としており、機械的強度と耐腐食性を、従来の鍛造品以上とすることが最優先である。このため、鋳造性については、即ち、流動性や引け巣性は、元来の鋳造材料に比べると優るものではない。従って、製造工程の効率向上を重視するあまり、鋳造して鍛造用素材を得る工程において、あまりにも最終製品に近い形状の金型で成形すると、割れやピンホール等の欠陥が生じ易くなる上に、その後の鍛造効果による強度向上も得難いので好ましくない。そのため、上記の加工率に抑えることが好ましい。
【００３５】
本発明の、アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法では、原料を溶かして溶湯を得た後に、鋳造用の金型を、最終の鍛造製品の形状を１００％としたときの加工率が、概ね１８〜６０％程度となるような形状にして、鍛造による強度向上の効果を得ながら、従来の鍛造用原料より製品の形状に近づけ、プレスし易くしているため、従来の鍛造工程のように、押出、切断、加熱、粗鍛造、荒鍛造、仕上鍛造、トリミングといった工程よりも製造工程が簡略化されていて、製造コストの低減が図られている。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜４）
銅の含有量を変更したことを除いて同一条件により、アルミニウム鋳造鍛造品を４体作製し、それぞれの機械的強度を測定した。
図１は、作製したアルミニウム鋳造鍛造品であるナックルアームを示す図である。図１（ａ）はナックルアームプリフォーム成形品２１の上面図であり、図１（ｂ）はナックルアーム製品２２の上面図である。このような形状の部品を低コストで軽量化し、自動車に適用することで、燃費の向上が図れる。
【００３７】
Ａ６０６１合金のバリを主とする端材を用意し、溶湯温度７３０℃で溶解し、実施例１として、Ａｌ−Ｃｕ母合金を炉中に添加して銅の含有量を０．２９重量％に調整した溶湯を得た。これをもとに以下の通りナックルアームを製造した。尚、銅の含有量は発光分光分析装置によって測定した。
その後、最終のナックルアーム製品２２の形状を１００％としたとき、これに比べて加工率２０〜３０％の形状に型を取ったナックルアームプリフォーム成形品２１を、鋳型温度１００℃によって成形した。次いで、ナックルアームプリフォーム成形品２１を、荒打鍛造温度４００℃（表面温度）にて、鍛造プレスにより荒打鍛造荷重２８００トンをかけて型打ちし荒鍛造品を得た。次に、荒鍛造品を、冷却後、仕上鍛造温度４６０℃（表面温度）にて、再度、鍛造プレスにより仕上鍛造荷重３２００トン荷重で型打ちした。最後にトリミングで形状を整え、５２０℃で３時間加熱（Ｔ４処理）した後に冷却し、更に、１８０℃で６時間加熱（Ｔ６処理）して、最終製品としてナックルアーム製品２２を得た。
【００３８】
得られたナックルアーム製品２２の機械的性質として、引張り強さ、０．２％耐力、伸びを測定した。作製したナックルアーム製品２２から、図２に示す試験片採取位置４１〜４３において試験片を切り出し、それぞれについて機械的性質を測定した。その結果を表１に示す。
実施例２〜４として、銅の含有量を実施例１と同じ０．２９重量％、実施例１と異なる０．１５重量％、０．４０重量％に調整して、実施例１と同様の方法でナックルアーム製品２２を作製し、同様の試験を行った。その結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
４体の製品（実施例１〜４）の全ての試験片が、機械的性質である引張り強さ、０．２％耐力、伸びにおいて、従来の鍛造工程で製造される日本工業規格Ｈ４０４０によるＡ６０６１ＦＤ−Ｔ６の規格値以上が確保されていた。得られる機械的性質の範囲は、概ね、引張強さが３０５〜３５０Ｎ／ｍｍ²、０．２％耐力が２６０〜３２０Ｎ／ｍｍ²、伸びが１０〜１９％であって、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品は、従来の鍛造品以上の機械的強度を有していることが確認出来た。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、引張強さ、０．２％耐力、伸びが大きく、従来の鍛造品と同等以上の機械的性質を有していて、耐食性に優り、又、不用な鍛造品原料を再利用可能であって、尚且つ、製造工程がより簡素で生産性の良い、低コストなアルミニウム鋳造鍛造品が提供される。そして、このアルミニウム鋳造鍛造品として、例えば、軽量な自動車用足廻り部品が提供されるので、自動車等の燃費が低減されて排出二酸化炭素が削減され、その結果、地球温暖化防止に貢献するといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の一実施例を示す図であり、図１（ａ）はプリフォーム成形品の上面図であり、図１（ｂ）は最終製品の上面図である。
【図２】本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の機械的強度測定における試験片採取位置を示す説明図である。
【図３】加工率を説明するための鍛造用素材の断面図である。
【符号の説明】
２１…ナックルアームプリフォーム成形品、２２…ナックルアーム製品、４１，４２，４３…試験片採取位置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an aluminum cast forged product used for vehicle parts and the like. More specifically, the aluminum alloy for extension is used as a raw material, and it is produced by forging after casting. It has excellent corrosion resistance and mechanical properties, and weight reduction is required to improve automobile fuel economy. It relates to the manufacturing method of an aluminum cast-forged product to be used in undercarriage parts for vehicles are.
[0002]
[Prior art]
Global warming, one of the global environmental problems, is said to have a large impact on carbon dioxide in all human activities. Globally, the reduction of carbon dioxide emitted from factories and power plants, There is a strong demand for reducing the consumption of the resulting fossil fuel. At the 3rd Conference on the Framework Convention on Climate Change held in Kyoto in 1997, the so-called Global Warming Prevention Conference COP3, Japan expressed the average value of greenhouse gas emissions mainly from carbon dioxide in 2008-2012. It is promised a 6% reduction from 1990 levels.
[0003]
Based on the results of this meeting, target standard values for vehicle weight categories were set for the fuel consumption of automobiles, with 2010 as the target year for gasoline engines and 2005 as the target year for diesel engines. Also, tax measures were taken to give priority to low-pollution vehicles and fuel-efficient vehicles. Therefore, in the future, in addition to improving the level of understanding of environmental issues by car buyers and users, car manufacturers will promote technological development for improving fuel efficiency and strive to develop cars with excellent fuel efficiency. It is considered strongly demanded. In addition, the competition among traders increases as the awareness of car buyers increases, and in order to overcome this, the development of fuel efficiency improvement technology becomes more important.
[0004]
For fuel economy improvement measures for automobiles, use of new power sources such as fuel cells, natural gas, and electricity, or hybrid use of them, or improvement of engine technology such as lean fuel engines and direct injection engines, Furthermore, there is a reduction in power transmission system loss and a reduction in running resistance due to an improvement in the vehicle body outline, but it is most effective and can be applied in combination with any other technology to reduce the weight of the vehicle. By reducing the weight of the automobile itself, the load on the power source is reduced, and the amount of fuel used can be reduced with any power source.
[0005]
In addition, the weight reduction of the vehicle's undercarriage contributes to the improvement of the driving operability and the feeling of riding comfort of the vehicle. Can be.
[0006]
In general, when reducing the weight of an automobile, it faces a problem to be improved, that is, cost increase. Lightweight technology is broadly divided into structural design technology and material technology. Compared to drastic improvements in the body structure and components that are structural design technology, it is possible to change the material technology, that is, change the material used. It is said that it is a lightweight means that is easier to tackle. However, these lightweight materials are generally expensive. Examples of lightweight materials include resin materials such as FRP, thinning of iron by using high-tensile steel plates, aluminum alloys, magnesium alloys, titanium alloys, ceramics, metal composite materials, intermetallic compounds, and the like. Although there are few weaknesses such as corrosion resistance and the cost is higher than that of iron, among the light weight materials, the aluminum alloy is easier to apply at a lower cost.
[0007]
Aluminum alloy has a density of about 1/3 that of iron, and cast products that are easier to manufacture are already used for engine cylinder heads, engine cylinder blocks, and the like. These castings are manufactured by high-speed injection molding, the so-called die-casting method, and have high production efficiency and can be manufactured at a relatively low cost. However, it is possible that air is mixed into the aluminum material from the manufacturing process. It cannot be avoided and cannot have high mechanical strength. As mentioned above, in suspension parts for which weight reduction is desired, damage due to insufficient strength directly leads to important safety-related problems, so it is difficult to apply cast products manufactured by the die-cast method. There was a problem.
[0008]
The suspension parts, such as the lower and upper arms of a wishbone suspension, and the knuckle arm that manipulates tires in conjunction with steering, are often wet by rain water that jumps off the road surface even if the installation location is within the body of the vehicle. Further, it is always in contact with the exhaust gas exhausted from the surrounding cars during a traffic jam and is always exposed to a corrosive atmosphere during operation. Therefore, it is necessary to maintain the safety of the vehicle over a long period of time as a condition of the material such as the vehicle suspension parts, etc., in order to maintain the safety of the vehicle for a long time. In addition, sufficient elongation characteristics, fewer defects, and lighter weight are required. Conventionally, A6061 alloy forgings and AC4CH alloy squeeze castings (low-speed injection moldings) that meet the conditions have already been used in part, but these have not solved the problem of high cost, The application is extremely limited at present.
[0009]
The reason why so-called pure aluminum forgings such as conventional A6061 alloy forgings are high in cost is that there are many forging processes, the forging raw material itself is high in cost, and further, burrs during the forging process, etc. For example, the high-cost forging raw material is not efficiently formed into a forged product. Even in the squeeze cast product, the number of processes is large and the injection speed is slow, so the productivity does not increase and the cost cannot be reduced.
[0010]
As described above, in order to reduce the weight of vehicle parts, particularly undercarriage parts, even if they are used in a corrosive atmosphere, they will not rust, deform or break for a long time. Although costly aluminum products are demanded, various improved aluminum alloys have been proposed as materials for producing such aluminum products.
According to Japanese Patent Laid-Open No. 5-59477, an aluminum alloy for forging is proposed in which the coarsening of crystal grains is suppressed by adjusting the components and the mechanical properties are excellent. Silicon 1.0-1.5 wt%, Magnesium 0.8-1.5 wt%, Copper 0.4-0.9 wt%, Manganese 0.2-0.6 wt%, Chromium 0.3-0 It is said that the tensile strength of 40 kgf / mm ² is achieved by adjusting the composition to contain 9% by weight, etc., improving the strength of the matrix and suppressing the coarsening of the crystal grains.
[0011]
However, although this proposal has improved the strength, the manufacturing method is not changed by changing the components of the conventional forging raw material, and the cost is not reduced. In addition, the copper is more copper than the conventional forging raw material (A6061 alloy). As a result, the corrosion resistance is reduced, and there is a problem in applicability to the vehicle suspension parts.
[0012]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-258784 proposes a forging aluminum alloy material having excellent castability and high strength. Silicon 0.8-2.0 wt%, magnesium 0.5-1.5 wt%, copper 0.5-1.0 wt%, manganese 0.4-1.5 wt%, chromium 0.1-0 .Continuous casting using a molten aluminum alloy material adjusted to contain 3% by weight, etc., controlling the cooling rate of the solidification process, then performing soaking, followed by hot forging Then, the aluminum alloy forged product obtained by solution treatment and further aging treatment causes the casting crack that occurred when the conventional A6061 alloy was used as a raw material when casting into a shape close to the final product. It is not.
[0013]
Although this proposal also improves the castability, the manufacturing process is still the same or rather complicated compared to the case of using a conventional forging raw material (A6061 alloy) and does not lead to low cost. In addition, since it contained more copper, the corrosion resistance was lowered, and there was concern about application to undercarriage parts.
[0014]
Furthermore, according to Japanese Patent Laid-Open No. 8-3675, a low-cost forging aluminum alloy excellent in mechanical properties is proposed. 0.6-3.0 wt% silicon, 0.2-2.0 wt% magnesium, 0.3-1.0 wt% copper, 0.1-0.5 wt% manganese, 0.1-0 chromium It contained .5 weight percent other, and, an aluminum alloy component adjustment so as Mg ₂ Si is more than 1.5 wt%, by forging at upsetting rate of 10-50%, the heat at the time of casting No cracks occur and the strength can be improved after forging.
[0015]
In this proposal, since it can be formed into a shape close to the final product at the time of casting and can be forged by omitting the extrusion process, the manufacturing cost is reduced, but the content of copper that is easily oxidized is 0.3 to 0.5. When the weight% is decreased, the tensile strength and 0.2% proof stress are lowered, and the product after forging has a problem that the strength is lower than the A6061FD standard value which is a conventional forged product. .
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As mentioned above, as international efforts to regulate and reduce carbon dioxide emissions are increasing, there is an increasing demand for improving the fuel efficiency of automobiles, which is lighter and relatively cheaper than conventional materials. Although it is required to reduce the cost of aluminum products using aluminum alloys, which are high mechanical strength and excellent corrosion resistance, and to apply them to various automobile suspension parts. No suitable aluminum product manufacturing method has been proposed.
[0017]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to solve the problems of the prior art. More specifically, it has high tensile strength, 0.2% proof stress and elongation, has mechanical properties equivalent to or better than conventional forged products, has excellent corrosion resistance, and reuses unnecessary forging raw materials. a possible to provide a method for producing a more adopts a simple manufacturing process was a aluminum cast-forged product. To apply aluminum casting forgings manufactured by this manufacturing method to undercarriage parts such as automobiles, to reduce fuel consumption, to reduce emitted carbon dioxide, and to contribute to environmental measures such as prevention of global warming is there.
[0018]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have variously studied the raw materials and manufacturing methods of aluminum thick processed products.As a result, the aluminum alloy for extension is used as a raw material, and the weight ratio of copper contained is reduced. oxidative degradation, reducing the corrosive, aluminum was formed into a shape not too close to the final product shape preform molded article first cast, at low cost by forging this thing to a final product having a desired shape It has been found that a cast forged product can be produced, and that the above object can be achieved by this production method .
[0019]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the present invention , silicon 0.4 to 0.8 wt%, iron 0.7 wt% or less, magnesium 0.8 to 1.2 wt%, copper 0.1 to 0.4 wt%, chromium A step of casting a preform molded product having an irregular shape at a mold temperature of 60 to 150 ° C. using an aluminum alloy of 0.04 to 0.35% by weight, unavoidable impurities and the balance being aluminum, and thus obtained. There is provided a method for producing an aluminum cast forged product, comprising a step of forging the formed preform product to a desired shape. Aluminum cast-forged product obtained by this manufacturing method, copper containing 0.1-0.4 wt%, tensile strength of 300N / mm ² or more, a 0.2% proof stress 260 N / mm ² or more, and , growth is 10% or more, can be suitably used as a car amphibious undercarriage parts.
[0020]
In addition, an aluminum casting, in which a preform molded product obtained by casting is cast so that the processing rate is 18 to 60% when the final shape of an aluminum cast forged product having a desired shape is 100%. A method for manufacturing a forged product is provided. Further, in this manufacturing method, burrs generated during the forging process can be used as a part of the raw material .
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the cast aluminum forged product of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to these examples, and the present invention is not limited to the scope of the present invention. Various changes, modifications, and improvements can be made based on the knowledge of the vendor.
[0022]
The present invention uses an Al-Mg-Si based aluminum alloy material for extension as a raw material, and melts and casts this raw material to obtain a preform molded product with a processing rate of about 18 to 60% of the final product. Furthermore, it is an aluminum casting forged product produced through a forging process.
[0023]
The present invention is an aluminum cast forged product, which is easy to oxidize among trace metals contained therein to suppress the corrosion resistance to 0.1 to 0.4% by weight and improve the corrosion resistance, and has a tensile strength of 300 N / It is characterized by having mechanical properties more than conventional forgings such as mm ² or more, 0.2% proof stress of 260 N / mm ² or more, and elongation of 10% or more. The copper content is preferably 0.1 to 0.2% by weight because corrosion resistance is further improved. The tensile strength is preferably 340 N / mm ² or more, the 0.2% proof stress is preferably 310 N / mm ² or more, and the elongation is preferably 11% or more. The mechanical properties such as tensile strength, 0.2% proof stress, and elongation of the aluminum cast forged product of the present invention were determined according to a test method defined in Japanese Industrial Standard Z2201.
By suppressing the copper content that contributes to strength but easily leading to rust and realizing such high strength, automobile undercarriage parts used in corrosive atmosphere, such as suspension systems and steering It has become possible to use it suitably for system parts. Low rust and breakage for long periods of time, such as the lower and upper arms of the front wishbone suspension, the trailing arm of the rear swing arm suspension, and the knuckle arm that manipulates the tires in conjunction with the steering. By applying the costly cast aluminum forged product of the present invention, it becomes easier to reduce the weight of the vehicle.
[0024]
Hereinafter, the aluminum cast forged product of the present invention will be specifically described.
The present invention uses an Al—Mg—Si-based aluminum alloy for extension, that is, an alloy of the 6000 series as a raw material, and suppresses the copper content to a low level. For example, it is possible to use A6061 alloy suitably used for conventional forging as a raw material. According to the Japanese Industrial Standard H4040, the component standard of the A6061 alloy is mainly composed of aluminum, and trace metals other than silicon 0.4 to 0.8% by weight, iron 0.7% by weight or less, magnesium 0.8 to An alloy containing 1.2% by weight, copper 0.15-0.4% by weight and chromium 0.04-0.35% by weight. It can be said that it is an alloy material having a sufficient amount of corrosion resistance with little copper that is easily oxidized.
[0025]
Copper is an element that can be improved in strength by containing copper. In a forged product containing copper, it is allowed to stand at room temperature after cooling and precipitate crystals over time, so that it is possible to obtain Al-Cu or Al-Cu-Mg-based precipitates expressed by so-called aging treatment. Thus, in the Al—Mg—Si based alloy, the strength is improved by promoting the strength improving action of the precipitated Mg ₂ Si. In this invention, since the intensity | strength more than the conventional forging goods is required, it is preferable to contain copper. However, for example, when considering application to products where corrosion resistance is important, such as undercarriage parts of automobiles, copper that easily oxidizes tends to corrode if excessively added, so it may be contained in a small amount. It is essential.
[0026]
It is preferable that 0.1 to 0.4% by weight of copper is contained in the aluminum cast forged product. If the copper content is less than 0.1% by weight, it will not contribute to the improvement of the strength. If the copper content is more than 0.4% by weight, the corrosion resistance will be reduced and rusting will easily occur. Since it becomes impossible, it is not preferable.
[0027]
In the present invention, the wrought aluminum alloy is used as a raw material, and this is melted and cast. Therefore, as a raw material, for example, a conventional forging raw material, and unnecessary burrs that are generated in a large amount in a normal forging process are recycled. It is possible to use. Conventionally, burrs generated in the forging process are merely recovered and reused as ingots for less expensive casting materials, and are not recycled as more expensive forging raw materials. In the present invention, unnecessary burrs generated from the forging process, which is approximately 30% of the raw materials generally used, are recycled as raw materials for forging, reducing raw material costs, and reducing the cost of aluminum casting forged products. Realized.
[0028]
Subsequently, the manufacturing method of the aluminum casting forged product of this invention is demonstrated.
As described above, it is possible to use unnecessary burrs that are inevitably generated during normal forging as a raw material, and it is preferable to use burrs as a raw material because it contributes to a reduction in manufacturing costs. This raw material is a wrought aluminum alloy containing 0.1 to 0.4% by weight of copper.
[0029]
This raw material is put into a melting furnace and heated to about 680 to 780 ° C. for melting, and then put into a holding furnace to perform degassing treatment and deoxidation treatment to obtain a molten metal. And from this molten metal, it molds using a casting apparatus and obtains the raw material for forging.
At this time, the temperature of the mold is preferably adjusted to about 60 to 150 ° C.
[0030]
Next, the forging material obtained by die molding using a casting apparatus is heated to a surface temperature of about 380 to 520 ° C. and stamped by a forging press to obtain a rough forged product.
[0031]
Then, after cooling the rough forged product, it is heated again to a surface temperature of about 380 to 520 ° C., and finish stamping is performed by a forging press to obtain a finished forged product. The finished forged product is trimmed and subjected to heat treatment such as T6 treatment to obtain a forged product. The aluminum casting forged product of the present invention is obtained by such a manufacturing process. For example, in the case of a knuckle arm which is an undercarriage part for automobiles, the forging press has a load of approximately 2600 to 2800 tons in rough forging and approximately 3200 to 3800 tons in finish forging.
[0032]
In the present invention, burrs generated by a forging press and trimming during the manufacturing process of the present invention can also be collected by a deburring machine and reused as a raw material for the aluminum cast forged product of the present invention. . Therefore, they are all recycled and do not become wastes or inexpensive casting raw materials.
[0033]
In the method for producing an aluminum cast forged product according to the present invention, in the casting performed after melting the raw material to obtain the molten metal, when the shape of the casting mold is 100% of the shape of the final forged product, It is preferable that the processing rate is 18 to 60%. This is because the subsequent forging improves the strength sufficiently and simplifies the forging process. That is, by setting the processing rate to approximately 18 to 60%, the balance between the strength improvement effect by forging and the cost reduction by simplifying the forging process is maintained.
Here, the processing rate is a value representing the degree of processing. For example, when a material A having an initial thickness D1 as shown in FIG. 3 is processed by a load F to a thickness D2 after processing, the processing is performed. The rate R is expressed by the following formula.
R [%] = (D1-D2) / D1 × 100 (D1> D2)
However, when the processed thickness D2 is thicker, it is expressed by the following equation.
R [%] = (D2-D1) / D1 × 100 (D2> D1)
In other words, in the present invention, the preform molded product cast so that the processing rate is approximately 18 to 60% when the final shape of the aluminum cast forged product is 100%, the preform molded product is forged. When the final product is obtained, the profile is shaped so that the processing rate determined by the thickness of each part of the preform molded product and the thickness of each corresponding part in the final product is approximately 18 to 60% in each part. It means that a reformed product is obtained by casting.
[0034]
In the present invention, for example, an automobile undercarriage part or the like whose use environment is not necessarily good is used as a final product, and the highest priority is to make the mechanical strength and corrosion resistance higher than those of a conventional forged product. For this reason, in terms of castability, that is, fluidity and shrinkage properties are not superior to those of the original casting material. Therefore, too much emphasis on improving the efficiency of the manufacturing process, in the process of casting and obtaining a forging material, if it is molded with a mold that is too close to the final product, defects such as cracks and pinholes are likely to occur. Further, since it is difficult to improve the strength due to the subsequent forging effect, it is not preferable. Therefore, it is preferable to suppress to the above processing rate.
[0035]
In the method for producing an aluminum cast forged product according to the present invention, after a raw material is melted to obtain a molten metal, the casting mold has a processing rate of about 18 to about 100% when the shape of the final forged product is 100%. The shape is about 60%, and while obtaining the effect of improving strength by forging, it is closer to the shape of the product than the conventional forging raw material, making it easier to press. The manufacturing process is simplified compared to the processes such as cutting, heating, rough forging, rough forging, finish forging, and trimming, and the manufacturing cost is reduced.
[0036]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.
(Examples 1-4)
Four aluminum forgings were produced under the same conditions except that the copper content was changed, and the mechanical strength of each was measured.
FIG. 1 is a view showing a knuckle arm which is a produced aluminum cast forged product. FIG. 1A is a top view of the knuckle arm preform molded product 21, and FIG. 1B is a top view of the knuckle arm product 22. The fuel consumption can be improved by reducing the weight of the component having such a shape at low cost and applying it to an automobile.
[0037]
An A6061 alloy burr is prepared and melted at a molten metal temperature of 730 ° C. As Example 1, an Al—Cu master alloy is added to the furnace to make the copper content 0.29 wt%. An adjusted molten metal was obtained. Based on this, a knuckle arm was manufactured as follows. The copper content was measured with an emission spectroscopic analyzer.
Thereafter, when the shape of the final knuckle arm product 22 is 100%, a knuckle arm preform molded product 21 having a mold shape with a processing rate of 20 to 30% is formed at a mold temperature of 100 ° C. . Next, the knuckle arm preform molded product 21 was stamped with a rough forging load of 2800 tons by a forging press at a rough forging temperature of 400 ° C. (surface temperature) to obtain a rough forged product. Next, the rough forged product was cooled and stamped again with a forging press at a finish forging load of 3200 tons at a finish forging temperature of 460 ° C. (surface temperature). Finally, the shape was adjusted by trimming, heated at 520 ° C. for 3 hours (T4 treatment), cooled, and further heated at 180 ° C. for 6 hours (T6 treatment) to obtain a knuckle arm product 22 as a final product.
[0038]
As mechanical properties of the obtained knuckle arm product 22, tensile strength, 0.2% proof stress, and elongation were measured. Test pieces were cut out from the prepared knuckle arm products 22 at the test piece collection positions 41 to 43 shown in FIG. 2, and the mechanical properties of each were measured. The results are shown in Table 1.
As in Examples 2 to 4, the copper content was adjusted to 0.29% by weight, which was the same as in Example 1, 0.15% by weight and 0.40% by weight, which was different from Example 1, and the same as in Example 1 The knuckle arm product 22 was produced by the method, and the same test was performed. The results are shown in Table 1.
[0039]
[Table 1]

[0040]
All the test pieces of the four products (Examples 1 to 4) are A6061FD according to Japanese Industrial Standard H4040 manufactured in the conventional forging process in mechanical properties such as tensile strength, 0.2% proof stress and elongation. More than the standard value of -T6 was secured. The range of mechanical properties obtained is generally that the tensile strength is 305 to 350 N / mm ² , the 0.2% proof stress is 260 to 320 N / mm ² , and the elongation is 10 to 19%. It was confirmed that the forged product had a mechanical strength higher than that of the conventional forged product.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the tensile strength, 0.2% proof stress, and elongation are large, and have mechanical properties equivalent to or better than conventional forged products, excellent in corrosion resistance, and unnecessary. It is possible to provide a low-cost aluminum cast forged product that can reuse a raw material of a forged product and that has a simpler manufacturing process and good productivity. And as this aluminum cast forged product, for example, lightweight undercarriage parts for automobiles are provided, so the fuel consumption of automobiles and the like is reduced, and carbon dioxide emissions are reduced, resulting in the prevention of global warming. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of an aluminum cast forged product according to the present invention, FIG. 1 (a) is a top view of a preformed product, and FIG. 1 (b) is a top view of a final product. .
FIG. 2 is an explanatory view showing a specimen collection position in the mechanical strength measurement of an aluminum cast forged product of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a forging material for explaining a processing rate.
[Explanation of symbols]
21 ... Knuckle arm preform molded product, 22 ... Knuckle arm product, 41, 42, 43 ... Test piece sampling position.

Claims

Silicon 0.4-0.8 wt%, iron 0.7 wt% or less, magnesium 0.8-1.2 wt%, copper 0.1-0.4 wt%, chromium 0.04-0.35 wt %, An inevitable impurity and the balance is aluminum, and a preform molded product having an irregular shape is cast at a mold temperature of 60 to 150 ° C., and the preform molded product thus obtained is A method for producing an aluminum cast forged product, comprising a step of forging until a desired shape is obtained.

The method for producing an aluminum cast forged product according to claim 1, wherein the aluminum cast forged product is a vehicle suspension part.

The preform molded product obtained by casting is cast so that the processing rate is 18 to 60% when the final shape of the aluminum cast forged product having a desired shape is 100%. The manufacturing method of the aluminum casting forged product of description.

The method for producing an aluminum cast forged product according to claim 1, wherein the aluminum alloy as a raw material contains burrs generated during the forging process.