JP6371468B2 - 鍛造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鍛造方法に関する。
近年の自動車開発において、燃費向上のために、軽量かつ高強度の部材の開発が進められている。例えば、特許文献１では、鍛造品の高強度化を図るため温間鍛造によってアルミニウム合金製の鍛造品を製造する技術が開示されている（特許文献１参照）。
しかしながら、温間での鍛造後、鍛造品をそのまま放置すると、車両の使用環境下では鍛造品が経時変化し硬さが安定せず変化する虞がある。
そこで、本発明は、鍛造品を高強度化し、且つ、使用環境下での硬さの低下を抑制する鍛造方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、溶体化処理した金属製のワークを再結晶温度以下で温間鍛造する温間鍛造工程と、前記温間鍛造工程の後、製造後における使用環境温度と同等以上の温度でワークを人工的に予め時効させる人工時効工程と、を含むことを特徴とする鍛造方法である。
ここで、温間鍛造とは、加熱された状態かつ金属製のワークの組織が再結晶する温度（再結晶温度）以下の状態で、金型を利用してワークを鍛造成型することを意味する。
このような構成によれば、人工時効での析出強化により、鍛造品（ワーク）を高強度化しつつ、製造後の使用中の硬さ変化を抑制できるため、鍛造品の経時変化が生じ難くなる。
また、前記温間鍛造工程において、温間鍛造前後における相当塑性歪みを０．１〜２．５とすることが好ましい。
ここで、鍛造前後における相当塑性歪みは、例えばＣＡＥ（Ccomputer Aided Engineering）解析によって計算される。
さらに、前記温間鍛造工程において、温間鍛造前後における相当塑性歪みを０．４〜２．１とすることが好ましい。
本発明によれば、鍛造品を高強度化し、且つ、使用環境下での経時変化を抑制する鍛造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る鍛造方法は、ワーク１０を温間鍛造により成型する温間鍛造工程（Ｓ１０５）と、鍛造品を高強度化し、かつ車両使用環境下等で製品が経時変化しないように、温間鍛造後のワーク１０を人工的に予め時効させる人工時効工程（Ｓ１０６）と、を含んでいる。ここでは、ワーク１０がアルミニウム合金製である場合を例示する。
また、ここでは、図２に示すように、ワーク１０が、車輪を回転自在に支持するナックルを転舵する概ね棒状のタイロッドである場合を例示する。よって、製造されたワーク１０（タイロッド）は、ナックルのボールジョイントに外嵌する半球殻状のボス部１１と、アクチュエータ側のロッドに連結する丸棒状の軸部１２と、ボス部１１及び軸部１２の間に形成された首部１３と、を備えている。
ワーク１０において、概ね、軸部１２、ボス部１１、首部１３の順で、その外径が小さくなっている。そして、これらの相当塑性歪は、歪前（鍛造前）のワーク１０を基準として、軸部１２の相当塑性歪（０．２等）、ボス部１１の相当塑性歪（０．９等）、首部１３の相当塑性歪（２．２等）、の順で大きくなっている（図９参照）。
＜切断工程、Ｓ１０１＞
工程Ｓ１０１において、アルミニウム合金製の素材から適切な大きさのワーク１０を切り出す（図２（ａ）参照）。
工程Ｓ１０１において、アルミニウム合金製の素材から適切な大きさのワーク１０を切り出す（図２（ａ）参照）。
＜冷間鍛造工程、Ｓ１０２＞
工程Ｓ１０２において、切り出したワーク１０を冷間鍛造し予備成形する（図２（ｂ）参照）。冷間鍛造とはワーク１０をアルミニウム合金の再結晶温度以下であって、低温（例えば常温（約２５℃）以下）で鍛造することである。
工程Ｓ１０２において、切り出したワーク１０を冷間鍛造し予備成形する（図２（ｂ）参照）。冷間鍛造とはワーク１０をアルミニウム合金の再結晶温度以下であって、低温（例えば常温（約２５℃）以下）で鍛造することである。
＜溶体化工程、Ｓ１０３＞
工程Ｓ１０３において、冷間鍛造後のワーク１０を溶体化処理する。具体的には、適宜な炉を使用してワーク１０を溶体化処理温度（例えば、５４０℃）に加熱し、合金成分をワーク１０に固溶させ時効析出しやすくするとともに、冷間鍛造による歪みを排除する。
工程Ｓ１０３において、冷間鍛造後のワーク１０を溶体化処理する。具体的には、適宜な炉を使用してワーク１０を溶体化処理温度（例えば、５４０℃）に加熱し、合金成分をワーク１０に固溶させ時効析出しやすくするとともに、冷間鍛造による歪みを排除する。
＜温間加熱工程、Ｓ１０４＞
工程Ｓ１０４において、溶体化処理後のワーク１０を温間鍛造するための温間温度に加熱する。温間加熱温度は、常温以上であって再結晶温度以下に設定される。具体的には、本実施形態では、ワーク１０がアルミニウム合金製であるので、温間加熱温度は、例えば１００℃〜再結晶温度以下に設定される。
工程Ｓ１０４において、溶体化処理後のワーク１０を温間鍛造するための温間温度に加熱する。温間加熱温度は、常温以上であって再結晶温度以下に設定される。具体的には、本実施形態では、ワーク１０がアルミニウム合金製であるので、温間加熱温度は、例えば１００℃〜再結晶温度以下に設定される。
＜温間鍛造工程、Ｓ１０５＞
工程Ｓ１０５において、温間温度（再結晶温度以下）に加熱されているワーク１０を温間鍛造する（図２（ｃ）参照）。
工程Ｓ１０５において、温間温度（再結晶温度以下）に加熱されているワーク１０を温間鍛造する（図２（ｃ）参照）。
温間鍛造において、鍛造方向（圧縮方向）におけるワーク１０の相当塑性歪みは０．１〜２．５通常範囲に設定する。
相当塑性歪２．５よりも高くなると、製造後におけるワーク１０の引張強さが低下するからである。これは、相当塑性歪が２．５よりも高くなると、鍛造により生成した転位組織の一部がセル化（再結晶化の過程）してしまうからである（図６参照）。
ここで、図８に示すように、相当塑性歪は、０．１〜２．１の好適範囲とすることが好ましい（図３、図４、図５参照）。さらに、相当塑性歪は、０．４〜２．１の最適範囲とすることが好ましい。引張強さが良好に高くなるからである。
図８に示すように、相当塑性歪が大きくなると、ワーク１０における転位の密度が徐々に高くなり、引張強さも徐々に高くなる関係となっている。
図７に示すように、相当塑性歪が大きくなると、製造後におけるワーク１０の伸び（％）が小さくなる傾向となっている。なお、伸びが小さくなると、ワーク１０の靭性が低くなり、ワーク１０が脆くなる。なお、一般的なアルミニウム合金の熱間鍛造品の引っ張り強さの範囲は約「２８５〜３８５ＭＰａであり、本発明では相当塑性歪みが０．１付近においても、一般的なアルミニウム合金の熱間鍛造の上限値付近の引っ張り強さを有することがわかる（図８参照）。
＜人工時効工程、Ｓ１０６＞
工程Ｓ１０６において、温間鍛造後のワーク１０を人工時効する。具体的には、高強度化、かつ製造後の使用中に製品（ワーク１０）が経時変化しないように、所定人工時効温度、所定人工時効時間にて、ワーク１０を人工的に予め時効させる。
工程Ｓ１０６において、温間鍛造後のワーク１０を人工時効する。具体的には、高強度化、かつ製造後の使用中に製品（ワーク１０）が経時変化しないように、所定人工時効温度、所定人工時効時間にて、ワーク１０を人工的に予め時効させる。
所定人工時効温度は、製造後の製品（ワーク１０）の曝される使用環境温度と同等以上の温度に設定される。これにより、製造後の使用中における製品（ワーク１０）の経時変化を低減できるからである。例えば、製造後の製品（ワーク１０）がタイロッドである場合、所定人工時効温度は１５０〜２００℃に設定される（図１０参照）。
所定人工時効時間は、事前試験等によって求められ、製造後に経時変化しない範囲でなるべく短い時間に設定される。
＜バリ抜き（トリミング）工程＞
工程Ｓ１０７において、人工時効後のワーク１０をバリ抜き（トリミング）する（図２（ｄ）参照）。具体的には、温間鍛造で形成されたワーク１０のバリ１４を切除する。
工程Ｓ１０７において、人工時効後のワーク１０をバリ抜き（トリミング）する（図２（ｄ）参照）。具体的には、温間鍛造で形成されたワーク１０のバリ１４を切除する。
＜仕上げ工程＞
工程Ｓ１０８において、バリ抜き後のワーク１０を仕上げ処理する。具体的に例えば、ワーク１０の表面を研磨、洗浄する。
工程Ｓ１０８において、バリ抜き後のワーク１０を仕上げ処理する。具体的に例えば、ワーク１０の表面を研磨、洗浄する。
このような鍛造方法によれば、温間鍛造後にワーク１０を人工時効することで、ワーク１０の硬さを高めることができる（図９参照）。すなわち、ワーク１０を人工時効しているので、製造後の使用中に、製品（ワーク１０）の硬さが変化せず、低下することはない（図１０参照）。
これに対して、温間鍛造後に人工時効せず、そのまま使用する場合、製品（ワーク１０）の使用中に経時変化が進み、製品の硬さが安定せず変化する場合がある（図９の比較例、図１１参照）。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、適宜変更自由である。
前記した実施形態では、ワーク１０がアルミニウム合金製である構成を例示したが、その他の種類の金属である構成でもよい。
１０ ワーク
１１ ボス部
１２ 軸部
１３ 首部
１４ ボス部
１１ ボス部
１２ 軸部
１３ 首部
１４ ボス部
Claims (4)
- 軸部、ボス部、首部を備えるタイロッドとなる金属製のワークを溶体化処理して再結晶温度以下で温間鍛造する温間鍛造工程と、
前記温間鍛造工程の後、製造後における使用環境温度と同等以上の温度でワークを人工的に予め時効させる人工時効工程と、
を含む鍛造方法であって、
前記タイロッドは、前記軸部、前記ボス部、前記首部の順で断面が小さくなっており、
前記温間鍛造工程において、前記軸部、前記ボス部、前記首部の順で相当塑性歪みが大きくなるように加工する
ことを特徴とする鍛造方法。 - 前記温間鍛造工程において、温間鍛造前後における相当塑性歪みを０．１〜２．５とする
ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造方法。 - 前記温間鍛造工程において、温間鍛造前後における相当塑性歪みを０．４〜２．１とする
ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造方法。 - 前記温間鍛造工程の前に、前記ワークを冷間鍛造で予備成形する冷間鍛造工程を備え、
予備成形された前記ワークは、前記ボス部、前記首部、前記軸部の順で断面が小さくなっている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鍛造方法。
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