JPH06256880A - 鍛造用アルミニウム合金鋳造部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系鍛造用アルミニウム合金
鋳造部材の鍛造加工性を損なわずに強度を高める。 【構成】 Ｍｇ０．８〜１．２ｗｔ％、Ｓｉ０．７〜
１．０ｗｔ％、Ｃｕ０．３〜０．６ｗｔ％、Ｍｎ０．１
５〜０．３ｗｔ％、Ｆｅ及びＣｒを２種合計で０．７ｗ
ｔ％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物から
なり、かつ、デンドライト二次アーム間隔（ＤＡＳ）が
４０μｍ以下かつ晶出物の平均粒径が８μｍ以下の組織
を有するアルミニウム合金鋳造部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鍛造用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系鋳造合金部材に関し、更に詳しくは、高強度、高靭性
をもつ、ナックル、ロアアーム、アッパーアームなどの
自動車サスペンション部品の製造に適した時効硬化性が
大きく、加工性に優れた鍛造用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金
鋳造部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車部品において、従来専ら鉄系材料
が使用されていたサスペンション部品を軽量化を主目的
として、アルミニウム材料またはアルミニウム合金材料
で置き換え使用することが多くなってきた（日本金属学
会会報１９９２年、第３１巻、第１１号、第９７６〜９
７７頁参照）。

【０００３】これらの自動車部品では優れた耐食性、高
強度および優れた加工性が要求されることから、アルミ
ニウム合金材料として、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、特に
Ａ６０６１が多用されており、各種鋳造法にて円形鋳造
部材を形成した後、押出加工し、次いで鍛造した後Ｔ6
処理された高強度、高靭性の自動車部品が使用されてい
た。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を押出し後鍛造する方法に
関するものとして特開昭６３−３３５３８号、特開平１
−２２５７５６号、特開平１−２８３３３７号公報記載
の技術がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は、コストダウンを図る必要があるため、押出しをせず
に鋳造部材をそのまま素材として鍛造した後Ｔ6 処理し
て得られたサスペンション部品が実用化され始めてお
り、更に軽量化を目的とした自動車部品の薄肉化が要望
されている。このような用途に通常のＡ６０６１を用い
た場合は、強度不足を招いていた。この問題点を解決す
るため、Ａ６０６１のＭｇ，ＳｉおよびＣｕ等の強度向
上に寄与する成分を増大することにより、自動車部品の
強度不足を補強することが検討されている（前掲金属学
会会報第９７７頁）が、この対策を採用すると、鍛造加
工性の低下により割れなどが発生し、また靭性が低下す
るという新たな問題点が生じた。

【０００５】また微細ＤＡＳと微細二次相とすることに
より、鍛造加工性を向上することは本出願人の出願にか
かる特公平１−２１２１８号公報にて提案されている
が、このアルミニウム合金は本発明よりＳｉ量が多い組
成系であり、また強度の向上と鍛造加工性の向上を同時
達成するものではない。

【０００６】このような問題点を解決するために本発明
者は鋭意検討を行い、従来のＡ６０６１鋳造合金では、
デンドライト二次アーム間隔（ＤＡＳ）が７０μｍ程度
でありかつ晶出物の平均粒径が１０〜１５μｍ以下程度
の組織を有しており、このような組織では強度と鍛造加
工性の一方が良好になると他方が劣化するという関係が
あり、問題点を解決できないことを見出した。したがっ
て、本発明における課題は、強度と鍛造加工性に優れた
鍛造用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳造部材を開発すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者等は、前記課題の
解決について鋭意検討した結果、特定量のＭｇ，Ｓｉ，
Ｃｕ，ＭｎおよびＣｒ等を含有した特定組成のＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系合金であって、デンドライト二次アーム間隔
および晶出物のサイズが特定範囲に制御された鋳造部材
が本課題を解決するに有効であることを見出し、本発明
を完成するに到った。

【０００８】本発明にかかわるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金
鋳造部材は、サスペンション部品などの最終製品を製造
するための鍛造に押出しを経ずに供されるものであり、
Ｍｇ０．８〜１．２ｗｔ％、Ｓｉ０．７〜１．０ｗｔ
％、Ｃｕ０．３〜０．６ｗｔ％、Ｍｎ０．１５〜０．３
ｗｔ％、Ｆｅ及びＣｒを２種合計で０．７ｗｔ％以下を
含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなり、かつ
デンドライト二次アーム間隔（以下「ＤＡＳ」と言う）
が４０μｍ以下、晶出物の平均粒径が８μｍ以下の組織
を有することを要旨とするものである。

【０００９】以下、本発明の組成限定理由および組織限
定理由を説明する。ＳｉはＭｇと共存してＭｇ2 Ｓｉ系
析出物を形成し最終製品の強度向上に寄与する。Ｓｉの
量が０．７ｗｔ％より少ないと析出強化の効果が少な
く、一方１．０ｗｔ％を超えるとＳｉの粒界析出が多く
なり粒界脆化が生じ易く、最終製品の靭性および鋳造部
材の鍛造加工性を低下させるのみならず、鋳造部材の晶
出物の平均粒径が所定の上限を越えることになる。した
がって、Ｓｉの含有量は０．７〜１．０ｗｔ％の範囲と
することが必要である。なおＳｉは、以下説明するＭｇ
の量に対してＭｇ2 Ｓｉ生成量より過剰に添加すること
により、時効処理後の強度をさらに高めることができ
る。

【００１０】ＭｇはＳｉと共存してＭｇ2 Ｓｉ系析出物
を形成し最終製品の強度向上に寄与する。Ｍｇ含有量が
０．８ｗｔ％より少ないと析出強化の効果が少なく、
１．２ｗｔ％を超えると最終製品の靭性および鋳造部材
の鍛造加工性を低下させるのみならず、鋳造部材の晶出
物の平均粒径が所定の上限を越えることになる。したが
って、Ｍｇの含有量は０．８〜１．２ｗｔ％の範囲とす
ることが必要である。

【００１１】ＣｕはＭｇと共存してＣｕ−Ｍｇ系析出物
を形成しマトリックス強度向上に寄与する他、時効処理
に際して他の合金元素の析出に対する核作用を生じ、析
出物を微細均一に分散させることによって最終製品の時
効硬化を著しく促進する。Ｃｕ含有量が０．３ｗｔ％よ
り少ないとこれらの効果も少なく、０．６ｗｔ％を超え
ると最終製品の靭性および鋳造部材の加工性を低下させ
るので好ましくない。

【００１２】ＭｎはＡｌＭｎＳｉ相として晶出し、晶出
しないＭｎはＳｉの粒界析出を抑制する。この作用によ
り粒内破断を抑え最終製品の靭性向上および耐食性上向
の効果がもたらされる。Ｍｎの含有量が０．１５ｗｔ％
より少ないとこの効果が少なく、一方０．３ｗｔ％を超
えると巨大金属間化合物が生じて本発明の鋳造組織要件
が満たされなくなる。

【００１３】Ｆｅ，Ｃｒはそれぞれ合金中でＡｌ，Ｓｉ
と結合して晶出するとともに、結晶粒粗大化防止作用を
なし、焼き入れ感受性も減少させ、また高強度と高靭性
を付与し、耐食性を向上させる。したがって、Ｆｅ，Ｃ
ｒの１種または２種以上を合計量が０．７ｗｔ％を超え
ない範囲で含有させる。さらに、鋳造組織の初晶Ｓｉの
微細化を目的として、公知の手段であるＴｉ：０．２ｗ
ｔ％以下およびＢ：０．０ｌｗｔ％以下のうち１種また
は２種を含有させても本発明の鋳造部材の持つ上記特性
が何ら損なわれるものでない。

【００１４】続いて、本発明の鋳造部材の組織を説明す
る。本発明者らはサスペンションなどの強度と鍛造加工
性は鋳造組織により大きく影響されることを見いだし
た。本発明でいう晶出物は、ＡｌＭｎＳｉ相、Ｍｇ2 Ｓ
ｉ相、Ｆｅ，Ｃｒの金属間化合物相などを含む二次相が
結晶粒界に粒状または片状に晶出したものである。本発
明においては晶出物の平均粒径が８μｍ以下であること
が所望の強度と鍛造加工性を得るために必要である。晶
出物は、ミクロ組織と画像解析装置により同定し、個々
の晶出物の面積と同じ面積の円に換算したときの円の直
径を粒径とするものである。また同様にＤＡＳは４０μ
ｍ以下であることが所望の鍛造加工性を得るために必要
である。ＤＡＳはミクロ組織写真から二次デンドライト
の間隔を測定する。

【００１５】上記したような組織をもつ鋳造製品を得る
ためには、所定の組成をもつアルミニウム合金を１０℃
／ｓｅｃ以上の冷却速度で連続鋳造することにより得ら
れる。一般にサスペンション部品鍛造用のインゴットの
直径は２５０〜５００ｍｍあるいはこれらを押出して得
られる鋳造材であるが、上記の鋳造速度を得るには連続
鋳造法により望ましくは１００ｍｍ以下の細い径にする
か、あるいは鍛造形状に近い異形とし、同様の効果を得
ることが好ましい。

【００１６】サスペンション部品の製造工程において
は、鋳造部材を通常の熱処理条件により均質化処理した
後、２５〜７５％程度の鍛造比で鍛造し、その後Ｔ6 熱
処理を行う処理が行われる。

【００１７】

【作用】通常の６０６１合金より組成を変えることによ
り強度を向上することは検討されていたが、これに伴い
鍛造加工性の劣化が起こった。ところが本発明は、組成
を特定しかつ微細ＤＡＳと微細晶出物の組織とすること
により、強度と鍛造加工性の両方を向上することができ
た。以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。

【００１８】

【実施例】表１に示す組成に各原料を配合した後、連続
鋳造法にて４インチまたは８インチ直径のインゴットに
鋳造した。鋳造における凝固速度は１０〜１５℃／ｓｅ
ｃ（本発明の実施例）、１０〜１５℃／ｓｅｃ（比較例
９）、１〜９℃／ｓｅｃ（比較例３、４、５、６、７、
８）であった。なお、凝固速度はα相の大部分の凝固が
終了した直後で冷却曲線の傾きが直線的になった部分で
測定するものとする。インゴットの中心軸に対して対称
位置の４か所から直径３０ｍｍ，長さ３４ｍｍの試料を
採取して鋳造組織の観察を行った。ＤＡＳの測定は「ア
ルミニウムのデンドライトアームスペーシングと冷却速
度の測定法」（１９８８．８，軽金属学会研究委員会）
に規定される交線方法で行った。また晶出物の平均粒径
の測定法は、画像解析装置（ルーゼックス）により、晶
出物が円相当の直径をもつものとして行った。結果を表
１に示す。

【００１９】

【表１】 化 学 成 分 （ｗｔ％） DAS 晶出物 の Si Fe Cu Mn Mg Cr Al 平均粒径 （μm ）（μm ） 本発１ 0.80 0.26 0.41 0.20 1.0 0.17 残部 30 6.8 明 ２ 0.80 0.25 0.40 0.26 1.0 0.12 〃 39 6.4 ３ 0.80 0.24 0.42 0.23 1.0 0.14 〃 45 10.2 比 ４ 0.80 0.26 0.40 0.21 1.0 0.15 〃 48 10.6 較 ５ 0.80 0.25 0.41 0.23 1.0 0.16 〃 65 11.8 合 ６ 0.80 0.23 0.40 0.22 1.0 0.15 〃 69 12.4 金 ７ 0.65 0.22 0.28 0.01 1.0 0.17 〃 32 10.l ８ 0.75 0.22 0.27 0.01 1.0 0.18 〃 46 10.3 ９ 0.80 0.40 0.40 0.25 1.0 0.43 〃 35 10.5

【００２０】

【表２】

【００２１】上記方法で得られたインゴットの試料に５
２０℃×６時間均質化熱処理を行い、４００℃に加熱
し、その後鍛造機にセットして４００℃に加熱し高さが
３０ｍｍになるまで据え込み鍛造試験を行った。このと
き肉眼観察で割れ発生の有無を観察し、割れが発生した
ときはその時の高さ（ｄt ）を求め、元の高さ（ｄ0 ）
との関係を、（ｄ0 −ｄt ）／ｄ0 比（但し１００分
率）として求めて、限界割れ率とした。同様に上記（ｄ
0 −ｄt ）／ｄ0 比率を２５〜７５％の範囲で変化させ
鍛造を行い、その後５５５℃×３時間保持後水焼き入
れ、室温で１８０℃で３．５時間保持にてＴ6 処理を行
い、引張り強さ（σB ），伸び（δ）、疲労強度（σｗ
−１０7 サイクルの疲労限度）およびシャルピー衝撃値
（Ｉc ）を求めたなおシャルピー衝撃値は、２．５×
７．５×５５ｍｍのテストピースに２×１５ｍｍのＵノ
ッチを設けたシャルピー衝撃試験片により靭性を表す指
標となる衝撃エネルギを求めた。これらの結果を表２に
示す。

【００２２】表中、試料番号１，２は組成及び組織がと
もに本発明範囲内であるから、強度、延性、靭性及び鍛
造性加工性が最も優れている。試料番号３〜６は組成の
みが本発明範囲内であるが、ＤＡＳ及び晶出物が粗大で
あるので、機械的性質及び鍛造加工性が劣っている。試
料番号７〜８は組成、ＤＡＳ及び晶出物は本発明範囲外
であるので、機械的性質及び鍛造加工性が劣っている。
資料番号９はＦｅ，Ｃｒの添加し過ぎにより晶出物の粒
径が大きくなり、鍛造加工性が劣る。以上実施例で具体
的に示したように、本発明によると引張り強さ３９ｋｇ
／ｍｍ2 以上、限界割れ率９４％以上という優れた性質
が得られる。これに対して比較例は両方の性質が本発明
より劣るか、あるいは一方の性質だけが本発明より良好
であり、両性質を兼備していない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると優
れた鍛造加工性をもつ鋳造部材が得られ、またこれを鍛
造し熱処理した後の強度が優れている。したがって、本
発明の鋳造部材は、高強度、高靭性、時効硬化性が大き
いことが要求される自動車のサスペンション鍛造用Ａｌ
−Ｍｇ−Ｓｉ系合金として極めて好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 康夫 福島県喜多方市字長内7840 株式会社ショ ウティック内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ０．８〜１．２ｗｔ％、Ｓｉ０．７
   〜１．０ｗｔ％、Ｃｕ０．３〜０．６ｗｔ％、Ｍｎ０．
   １５〜０．３ｗｔ％、Ｆｅ及びＣｒを２種合計で０．７
   ｗｔ％以下を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物か
   らなり、かつ、デンドライト二次アーム間隔（ＤＡＳ）
   が４０μｍ以下かつ晶出物の平均粒径が８μｍ以下の組
   織を有する鍛造用アルミニウム合金鋳造部材。