KR101423447B1

KR101423447B1 - 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법

Info

Publication number: KR101423447B1
Application number: KR1020137016173A
Authority: KR
Inventors: 가케후미 하시모토
Original assignee: 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2014-07-24
Also published as: CN103282531A; EP2657362A4; KR20130086382A; JPWO2012086650A1; CN103282531B; EP2657362A1; JP5848259B2; WO2012086650A1

Abstract

Si : 9.0 내지 11.0질량%, Fe : 0.5질량% 이하, Cu : 0.7 내지 1.1질량%, Mn : 0.15질량% 이하, Mg : 0.3 내지 0.7질량%, 잔량부 Al 및 불가피 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금의 소재를 용체화 처리한다. 이어서, 소재를 냉간 단조 가공한다. 그 후, 소재를 인공 시효 처리한다. 이에 의해, 브레이크 피스톤용 소형재가 얻어진다.

Description

브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING FORMED MATERIAL FOR BRAKE PISTON}

본 발명은 알루미늄 합금제 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법 및 브레이크 피스톤용 소형재에 관한 것이다.

종래의 알루미늄 합금제 브레이크 피스톤용 소형재는, 바닥이 있는 원통 형상의 것으로, 도 10에 도시하는 공정 순서에 따라 제조되는 것이 일반적이다. 즉, 절단 공정 S101에서는, 막대 형상의 알루미늄 연속 주조재, 알루미늄 합금 압출재, 알루미늄 인발재 등을 절단하여 소재를 얻는다. O 처리 공정 S102에서는 소재를 O 처리한다. 냉간 단조 가공 공정 S103에서는 소재를 바닥이 있는 원통 형상으로 냉간 단조 가공한다. 용체화 처리 공정 S104에서는 소재를 용체화 처리한다. 인공 시효 처리 공정 S105에서는 소재를 인공 시효 처리한다. 기계 가공 공정 S106에서는 소재를 기계 가공한다. 또한, 냉간 단조 가공 공정 S103으로부터 인공 시효 처리 공정 S105까지의 공정은, 일반적으로 T6 처리라 부르고 있다.

또한, 종래부터 브레이크 피스톤용 소형재에 사용되고 있는 소재의 재질은, A6061의 알루미늄 합금이다. 이러한 A6000계의 알루미늄 합금에서, 그 경도는, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간(즉, 실온 예비 시효 처리의 시효 시간)과, 알루미늄 합금에 포함되는 Mg₂Si 양에 영향을 받는 것이 알려져 있다(예를 들어 비특허문헌 1, 2 참조). 즉, Mg₂Si 양이 약 1질량% 이상(또는 0.9질량% 초과)인 알루미늄 합금에서는, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간(기간)이 길면, 인공 시효 처리 후의 소재의 경도가 작아진다. 한편, Mg₂Si 양이 약 1질량% 미만(또는 0.9질량% 미만)인 알루미늄 합금에서는, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간이 길면, 인공 시효 처리 후의 소재의 경도가 커진다.

40주년 기념 사업 실행 위원회 기념 출판부회 편집, 「알루미늄의 조직과 성질」, 경금속 학회, 1991년 11월 30일, p.282 사단법인 경금속협회 편집, 「알루미늄 재료의 기초와 공업 기술」, 제1판, 1985년 5월 1일, p.169

그런데, A6061의 알루미늄 합금에 포함되는 Mg₂Si 양은 약 1.3 내지 1.9질량%이다. 그 때문에, A6061의 알루미늄 합금의 종래의 소재에서는, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간이 길어지면, 인공 시효 처리 후의 소재의 경도는 작아진다. 따라서, 단단한 브레이크 피스톤용 소형재를 얻기 위해서는, 냉간 단조 가공 후에 용체화 처리와 인공 시효 처리를 신속하게 연속해서 실시하지 않으면 안되어, 힘든 작업이 강요되고 있었다.

또한, 종래의 제조 방법에서는, 냉간 단조 가공 전에, 단조 가공성을 향상시키기 위해 소재에 대해 O 처리를 실시할 필요가 있었다.

또한, 용체화 처리 시의 워터 켄칭에 의해 소재가 왜곡되기 때문에, 소재의 내경의 진원도가 나빴다. 그 때문에, 기계 가공 공정 S106에서는, 소재의 내경의 진원도를 높이기 위한 내경 절삭 가공을 실시할 필요가 있었다.

본 발명은, 전술한 기술 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 O 처리를 실시하지 않으면서 용이하게 제조할 수 있는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법 및 브레이크 피스톤용 소형재를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은, 이하의 바람직한 실시 형태로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 이하의 수단을 제공한다.

[1]

Si : 9.0 내지 11.0질량%, Fe : 0.5질량% 이하, Cu : 0.7 내지 1.1질량%, Mn : 0.15질량% 이하, Mg : 0.3 내지 0.7질량%, 잔량부 Al 및 불가피 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금의 소재를 용체화 처리하고, 이어서 소재를 냉간 단조 가공하고, 그 후 소재를 인공 시효 처리하는 것을 특징으로 하는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[2]

소재를, 시효 온도 210℃±10℃ 및 시효 시간 2h±0.5h의 처리 조건에서 인공 시효 처리하는 전항 [1]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[3]

소재를, 열 처리 온도 510℃±10℃ 및 열처리 시간 3h 이상의 처리 조건에서 용체화 처리하는 전항 [1] 또는 [2]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[4]

Si : 9.0 내지 11.0질량%, Fe : 0.5질량% 이하, Cu : 0.7 내지 1.1질량%, Mn : 0.15질량% 이하, Mg : 0.3 내지 0.7질량%, 잔량부 Al 및 불가피 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금의 소재를 용체화 처리하고, 이어서 소재를 냉간 단조 가공하고, 그 후 소재를 과시효 처리가 되는 처리 조건에서 인공 시효 처리하는 제조 공정을 포함하고,

상기 제조 공정에서는,

소재를 인공 시효 처리하여 얻어지는 소재의 경도가 브레이크 피스톤용 소형재에 요구되는 경도이며, 이 경도가 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도의 85% 내지 95%가 되도록, 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도가 설정되어 있고,

소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%가 되도록, 용체화 처리의 처리 조건이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.

[5]

전항 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의해 제조된 브레이크 피스톤용 소형재.

[6]

도전율이 40% 내지 45% IACS인 전항 [5]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재.

본 발명은 이하의 효과를 발휘한다.

전항 [1]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에서는, 소재를 구성하는 알루미늄 합금에 포함되는 Mg₂Si 양이 약 0.4 내지 0.9질량%이므로, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간이 길어도 인공 시효 처리 후의 소재의 경도는 작아지지 않고, 그 경도는 대략 일정하다. 즉, 용체화 처리 후의 소재의 경도의 경시적 변화는 작다. 따라서, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 사이에 시간적 여유가 생기므로 그 사이에 소재를 냉간 단조 가공하면, 인공 시효 처리 후의 소재의 경도는 작아지지 않고 오히려 냉간 단조 가공에 의한 가공 경화에 의해 높아진다. 그 때문에, 단단한 브레이크 피스톤용 소형재를 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 소재를 냉간 단조 가공하기 전에 용체화 처리함으로써, 소재의 단조 가공성이 향상된다. 그 때문에, 냉간 단조 가공 전에 소재를 O 처리할 필요가 없어, O 처리를 생략할 수 있다. 나아가서는, 용체화 처리는 냉간 단조 가공 후가 아닌 그 전에 실시되고, 그리고 냉간 단조 가공 후에 인공 시효 처리가 실시되기 때문에, 소재의 왜곡이 거의 발생하지 않고, 따라서 소재의 내경의 진원도를 높이기 위한 내경 절삭 가공도 생략할 수 있다. 이에 의해, 제조 공정수를 더 삭감할 수 있고, 그 결과, 브레이크 피스톤용 소형재를 더 용이하게 제조할 수 있고, 그 제조 비용을 낮출 수 있다.

또한, 소재를 인공 시효 처리하면, 그 인공 시효 처리 시에 소재의 경도가 신속하게 피크 경도(즉, 최대값)에 도달한다. 그 때문에, 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있고, 그 결과, 제조 비용을 더 낮출 수 있다.

전항 [2]에 기재된 제조 방법에서는, 요구되는 경도를 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 보다 확실하게 제조할 수 있다.

전항 [3]에 기재된 제조 방법에서는, 요구되는 경도를 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 보다 확실하게 제조할 수 있다.

전항 [4]에 기재된 제조 방법에서는, 소정의 조성의 알루미늄 합금의 소재를, 소정의 처리 조건에서 차례로, 용체화 처리, 냉간 단조 가공 처리 및 인공 시효 처리함으로써, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트를 최적화할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 또한, 이하의 설명문에서는, 용체화 처리의 열 처리 온도를 「용체화 처리 온도」, 용체화 처리의 열처리 시간을 「용체화 처리 시간」이라고 각각 기재한다.

알루미늄 합금이 소정의 조성을 가짐으로써, 용체화 처리 후의 소재의 경도의 경시적 변화를 작게 할 수 있다. 그 때문에, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 공정으로서 T8 공정을 채용할 수 있다. 즉, 냉간 단조 가공 후에 용체화 처리를 실시하지 않으므로, 냉간 단조 가공 후에 바로 인공 시효 처리를 개시할 수 있다. 또한, 냉간 단조 가공 후에 용체화 처리를 실시하지 않으므로, 인공 시효 처리 시에 소재의 경도가 신속하게 피크 경도에 도달한다. 그 때문에, 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있다.

여기서, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트의 율속은, 열처리 시간이며, 즉 용체화 처리 시간과 인공 시효 처리의 시효 시간이다. 그런데, 용체화 처리 시간은, 충분한 고용 상태를 실현하기 위해, 단축하는 것은 곤란하다. 이에 반해, 전항 [4]에 기재된 제조 방법에 따르면 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있으므로, 시효 시간을 용체화 처리 시간보다도 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 일관 제조 라인의 택트의 율속을 용체화 처리 시간으로 할 수 있음과 함께, 이 용체화 처리 시간 내에 마치도록 시효 시간을 짧게 할 수 있다. 구체적으로는, 시효 시간을 용체화 처리 시간의 0.3배 내지 1배로 할 수 있다. 예를 들어, 용체화 처리 시간이 3 내지 5h인 경우에는, 시효 시간을 2h±0.5h로 하는 것이 가능해진다. 이와 같이 해서, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트를 최적화(최소화)할 수 있다.

또한, 인공 시효 처리 후의 소재(즉 브레이크 피스톤용 소형재)의 경도를 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도의 85% 내지 95%로 함으로써, 요구되는 경도, 높은 열전도성, 즉 높은 방열성을 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 얻을 수 있다.

전항 [5]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재에 따르면, 전항 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의한 효과와 마찬가지 효과를 발휘한다.

전항 [6]에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재에 따르면, 도전율이 40 내지 45% IACS인 것에 의해, 열전도성이 높은, 즉 방열성이 높은 브레이크 피스톤용 소형재를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법을 나타내는 공정도.
도 2a는 냉간 단조 가공에 있어서, 펀치로 소재를 가압하기 전의 상태를 나타내는 냉간 단조 가공 장치의 단면도.
도 2b는 이 냉간 단조 가공에 있어서, 펀치로 소재를 가압한 후의 상태를 나타내는 냉간 단조 가공 장치의 단면도.
도 2c는 이 냉간 단조 가공에 있어서, 펀치로 가압되기 전의 소재의 사시도.
도 2d는 이 냉간 단조 가공에 있어서, 펀치로 가압된 후의 소재의 사시도.
도 3은 인공 시효 처리 후의 소재의 내경의 진원도를 실시예 1과 비교예 1에서 비교한 도면(그래프).
도 4a는 실시예 4의 소재의 도전율을 도시하는 도면(그래프).
도 4b는 비교예 2의 소재의 도전율을 도시하는 도면(그래프).
도 5는 인공 시효 처리 공정에서의 시효 시간과 소재의 경도의 관계를 실시예 5와 비교예 3에서 비교한 도면(그래프).
도 6은 실시예 6의 인공 시효 처리 공정에서의 시효 시간과 소재의 경도의 관계를 도시하는 도면(그래프).
도 7a는 시효 온도를 변화시킨 경우의 시효 곡선을 도시하는 도면(그래프).
도 7b는 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도를 변화시킨 경우의 시효 곡선을 도시하는 도면(그래프).
도 8은 표 7에 나타낸 실시예 9의 소재의 도전율(상대 IACS)과 경도(상대 HRB)를 각각 도시하는 도면(그래프).
도 9는 표 8에 나타낸 참고예 1 내지 3에서 적용한 용체화 처리 온도와 용체화 처리 후의 소재의 경도의 관계를 도시하는 도면(그래프).
도 10은 종래의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법을 나타내는 공정도.

이어서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 이하에 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 브레이크 피스톤용 소형재는, 알루미늄 합금제의 바닥이 있는 원통 형상의 것이다. 이 소형재의 제조에 사용되는 소재의 재질은, 다음 조성을 갖는 알루미늄 합금이다. 즉, 소재의 재질은, Si : 9.0 내지 11.0질량%, Fe : 0.50질량% 이하, Cu : 0.7 내지 1.1질량%, Mn : 0.15질량% 이하, Mg : 0.3 내지 0.7질량%, 잔량부 Al 및 불가피 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금이다. 본 명세서에서는, 이 조성의 요건을 설명의 편의상 「알루미늄 합금의 조성 요건」이라고 한다.

이 알루미늄 합금에 있어서 각 첨가 원소의 함유량의 범위를 규정한 이유는 다음과 같다.

Si 양이 9.0 내지 11.0질량%의 범위 내인 것에 의해, 내마모성이 향상된다. Si 양이 9.0질량% 미만이면 내마모성의 향상을 도모할 수 없다. Si 양이 11.0질량%를 초과하면, 단조 가공성이나 성형성이 저하한다.

Fe 양이 0.50질량% 이하인 것에 의해, 기계적 강도의 저하가 없어 내열성이 향상된다. Fe 양이 0.50질량%를 초과하면, Fe를 포함하는 정출물이 많이 발생하고, 그 결과, 기계적 강도가 저하한다.

Cu 양이 0.7 내지 1.1질량%의 범위 내인 것에 의해, 소재의 표면에 단단한 알루마이트 피막을 형성할 수 있다. Cu 양이 0.7질량% 미만이면 기계적 강도가 저하한다. Cu 양이 1.1질량%를 초과하면, 알루마이트 피막의 경도가 저하한다.

Mn 양이 0.15질량% 이하인 것에 의해, 기계적 특성의 저하가 없고 내열성이 향상된다. Mn 양이 0.15질량%를 초과하면, 기계적 특성(특히 단조 가공성)이 저하한다.

Mg 양이 0.3 내지 0.7질량%의 범위 내인 것에 의해, 기계적 강도가 향상된다. Mg 양이 0.3질량% 미만이면, 기계적 강도가 저하한다. Mg 양이 0.7질량%를 초과하면, 금속간 화합물의 정출량이 많아지고, 그 결과, 물러진다.

본 실시 형태의 브레이크 피스톤용 소형재는, 상기 조성의 알루미늄 합금의 소재를 사용해서 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 제조된다. 즉, 본 실시 형태의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 절단 공정 S1과 용체화 처리 공정 S2와 냉간 단조 가공 공정 S3과 인공 시효 처리 공정 S4와 기계 가공 공정 S5를 구비한 제조 공정을 포함하고 있다.

여기서, 일반적으로, 소재를 차례로, 용체화 처리, 냉간 가공 처리 및 인공 시효 처리하는 공정은 「T8 공정」이라 불리며, 또한 이 T8 공정에 따라서 행해지는 소재의 처리는 「T8 처리」라 부르고 있다. 따라서, 본 실시 형태의 브레이크 피스톤용 소형재는, T8 공정을 포함한 제조 공정에 따라서 제조된다.

또한, 이 제조 공정에서는, 소재를 인공 시효 처리하여 얻어지는 소재의 경도(즉 인공 시효 처리 후의 소재의 경도)가 브레이크 피스톤용 소형재에 요구되는 경도이며, 이 경도가 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도의 85% 내지 95%(특히 바람직하게는 86% 내지 93%)가 되도록, 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도가 설정되어 있으며, 또한 소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도(즉 용체화 처리 후의 소재의 경도)가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%(특히 바람직하게는 45% 내지 62%)가 되도록, 용체화 처리의 처리 조건이 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 요구되는 경도를 갖는 브레이크 피스톤용 소형재를 확실하게 얻을 수 있다. 이 효과를 확실하게 발휘하도록 하기 위해서, 제조 공정을 다음과 같이 실시하는 것이 바람직하다.

절단 공정 S1에서는, 막대 형상의 알루미늄 합금 연속 주조재, 알루미늄 합금 압출재, 알루미늄 합금 인발재 등을 절단함으로써 소정 형상 및 치수의 소재를 얻는다. 소재의 형상은 일반적으로 원판 형상 또는 원기둥 형상이다.

용체화 처리 공정 S2에서는, 절단 공정 S1에서 얻어진 소재를 O 처리하지 않고 용체화 처리한다. 이에 의해, 소재의 단조 가공성이 향상된다. 한편, 소재를 용체화 처리하지 않는 경우에는, 소재의 단조 가공성이 저하하고, 그 결과, 소재를 바닥이 있는 원통 형상으로 냉간 단조 가공하는 것이 곤란해지고, 또한 석출물의 크기가 불균일해져서 경도 부족을 초래한다.

이 용체화 처리의 바람직한 처리 조건은, 열 처리 온도가 510℃±10℃(즉 500℃ 내지 520℃)이며, 열처리 시간이 3h 이상이며, 또한 특히 바람직한 워터 켄칭의 물 온도는 25℃ 내지 60℃이다. 열 처리 온도를 510℃±10℃로 설정함으로써, 알루미늄 합금의 첨가 원소를 확실하게 고용시킬 수 있다. 그 때문에, 용체화 처리 후에 소재를 인공 시효 처리하면, 균일하고 미세한 석출물을 확실하게 얻을 수 있고, 그 결과, 경도를 확실하게 향상시킬 수 있다. 특히 바람직한 열 처리 온도는 510℃±5℃이다. 열처리 시간이 3h 이상인 것에 의해, 균일하고 미세한 석출물을 확실하게 얻을 수 있고, 그 결과, 경도를 확실하게 향상시킬 수 있다. 열처리 시간의 상한은 한정되는 것은 아니지만, 열처리 시간을 길게 하면 제조 비용이 비싸지므로, 이것을 방지하기 위해서, 열처리 시간의 상한은 5h인 것이 특히 바람직하다. 즉, 열처리 시간은 3h 내지 5h의 범위 내인 것이 특히 바람직하다. 워터 켄칭의 물 온도가 25℃ 내지 60℃의 범위 내로 설정됨으로써, 균일하고 미세한 석출물을 확실하게 얻을 수 있고, 그 결과, 경도를 확실하게 향상시킬 수 있다.

냉간 단조 가공 공정 S3에서는, 용체화 처리 공정 S2에서 용체화 처리된 소재를 바닥이 있는 원통 형상으로 냉간 단조 가공한다. 이에 의해, 바닥이 있는 원통 형상의 소재의 기계적 강도를 가공 경화에 의해 향상시킬 수 있다. 한편, 소재를 냉간 단조 가공하지 않는 경우에는, 소재를 바닥이 있는 원통 형상으로 성형할 수 없을 뿐만 아니라 또한 가공 경화에 의한 기계적 강도의 향상도 도모할 수 없다.

이 냉간 단조 가공은, 상세하게 설명하면 밀폐형 냉간 후방 압출 단조 가공이며, 예를 들어 도 2a 및 도 2b에 도시한 냉간 단조 가공 장치(상세하게 설명하면 냉간 후방 압출 단조 가공 장치)(1)에 의해 실시된다. 이 장치(1)는 펀치(2)와 성형 다이(5)를 구비하고 있다. 성형 다이(5)는 성형 캐비티(6)를 갖고 있다. 참조 부호 3은 펀치 축이다. 참조 부호 10은 소재이다. 이 냉간 단조 가공 시에는, 소재(10)의 표면에 그 전체면에 걸쳐서 인산염 처리 등의 윤활 처리가 미리 실시된다. 도 2a에서는, 이 소재(10)가 성형 다이(5)의 성형 캐비티(6) 내에 배치되어 있다. 그리고, 이 소재(10)를 펀치(2)로 가압함으로써, 도 2에 도시한 바와 같이 성형 캐비티(6)가 밀폐 상태로 되는 동시에, 이 캐비티(6) 내에서 소재(10)가 바닥이 있는 원통 형상으로 후방 압출 단조 가공된다.

이 냉간 단조 가공의 단조 가공율은 40% 내지 60%(특히 바람직하게는 45% 내지 55%)의 범위 내인 것이, 단조 가공의 치수 정밀도를 확실하게 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 냉간 단조 가공된 소재(10)는, 전술한 바와 같이 바닥이 있는 원통 형상이며, 즉 원판 형상 저벽부(11)과 그 저벽부(11)의 외주연부에 일체로 형성된 원통 형상 주위벽부(12)를 갖고 있다. 그리고, 소재(10)의 저벽부(11)가 브레이크 피스톤(브레이크 피스톤용 소형재)의 크라운부에 대응하고, 소재(10)의 주위벽부(12)가 브레이크 피스톤(브레이크 피스톤용 소형재)의 스커트부에 대응하고 있다.

도 2c는 이 냉간 단조 가공에 있어서, 펀치(2)로 가압되기 전의 소재(10)의 사시도이다. 이 소재(10)의 형상은 원판 형상 또는 원기둥 형상이다. 이 소재(10)의 직경 A1은 예를 들어 40 내지 50㎜이다.

도 2d는 이 냉간 단조 가공에 있어서, 펀치(2)로 가압된 후의 소재(10)(즉 냉간 단조 가공된 소재(10))의 사시도이다. 이 소재(10)의 외경 B1은 예를 들어 40 내지 55㎜이며, 그 내경 B2는 예를 들어 25 내지 40㎜이며, 그 주위벽부(12)의 두께 B3은 예를 들어 5 내지 15㎜이며, 그 길이(높이) B4는 예를 들어 30 내지 45㎜이며, 그 중공부의 깊이 B5는 예를 들어 25 내지 40㎜이다.

인공 시효 처리 공정 S4에서는, 냉간 단조 가공 공정 S3에서 냉간 단조 가공된 소재(10)를 인공 시효 처리한다. 이에 의해, 균일하고 미세한 석출물을 확실하게 얻을 수 있고, 그 때문에 경도 등의 기계적 강도를 확실하게 향상시킬 수 있다. 한편, 소재를 인공 시효 처리하지 않는 경우에는, 석출물의 크기가 불균일해지고, 그 때문에, 브레이크 피스톤의 사용 시에 석출물이 성장하는 등 기계적 강도가 저하한다.

이 인공 시효 처리의 바람직한 처리 조건은, 시효 온도가 210℃±10℃(즉 200 내지 220℃)이며, 시효 시간이 2h±0.5h(즉 1.5h 내지 2.5h)이다. 시효 온도를 210℃±10℃로 설정함으로써, 브레이크 피스톤용 소형재(즉 브레이크 피스톤)에 요구되는 경도 등의 특성을 확실하게 만족시킬 수 있다. 시효 시간이 2h±0.5h인 것에 의해, 균일하고 미세한 석출물을 확실하게 얻을 수 있고, 그 때문에 경도 등의 기계적 강도를 확실하게 향상시킬 수 있다. 특히 바람직한 시효 온도는 210℃±5℃이다.

여기서, 일반적으로 브레이크 피스톤용 소형재는, 그 사용 환경 상의 요청으로부터, 과시효 처리가 되는 처리 조건에서 인공 시효 처리되어 있어야만 한다. 따라서, 인공 시효 처리 시에 피크 경도가 되는 시효 시간보다도 길게 소재를 인공 시효 처리해야 한다. 그런데, 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이 인공 시효 처리 시에 소재의 경도가 신속하게 피크 경도(즉 최대값)에 도달한다. 그 때문에, 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있다.

기계 가공 공정 S5에서는, 인공 시효 처리 공정 S4에서 인공 시효 처리된 소재를 소정 형상으로 기계 가공한다. 이 기계 가공은, 소재의 외경의 진원도를 높이기 위한 외경 절삭 가공, 연마 가공 등을 포함하지만, 그러나 소재의 내경의 진원도를 높이기 위한 내경 절삭 가공을 포함하지 않는다. 즉, 용체화 처리는 냉간 단조 가공 후가 아닌 그 전에 실시되며, 그리고 냉간 단조 가공 후에 인공 시효 처리가 실시되기 때문에, 인공 시효 처리 후의 소재의 내경의 진원도는 높다. 그 때문에, 이 기계 가공 공정 S5에서는 소재에 대해 내경 절삭 가공을 실시할 필요는 없다.

또한, 도 1에서 도시되지 않았지만, 기계 가공 공정 S5 후에, 필요에 따라, 소재를 알루마이트 처리하고, 이에 의해 소재의 표면에 알루마이트 피막을 형성한다. 이때, 소재를 구성하는 알루미늄 합금에 포함되는 Cu 양이 0.7 내지 1.1질량%의 범위 내로 설정되어 있으므로, 단단한 알루마이트 피막을 확실하게 형성할 수 있다.

이상 이들 공정을 거쳐, 도전율이 40% 내지 45% IACS가 되도록 브레이크 피스톤용 소형재가 제조된다. 따라서, 열전도성이 높은, 즉 방열성이 높은 브레이크 피스톤용 소형재를 제조할 수 있다. 또한, IACS란, International Annealed Copper Standard(국제 어닐링 구리선 표준)의 약칭이다.

상기 실시 형태의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법은 다음의 이점이 있다.

소재를 구성하는 알루미늄 합금에 포함되는 Mg₂Si 양이 약 0.79질량%이므로, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간(기간)이 길어도 인공 시효 처리 후의 소재의 경도는 작아지지 않고, 그 경도는 대략 일정하다. 즉, 용체화 처리 후의 소재의 경도의 경시적 변화는 작다. 따라서, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 사이에 시간적 여유가 생기므로 그 사이에 소재를 냉간 단조 가공하면, 인공 시효 처리 후의 소재의 경도는 작아지지 않고 오히려 냉간 단조 가공에 의한 가공 경화에 의해 높아진다. 그 때문에, 단단한 브레이크 피스톤용 소형재를 용이하게 제조할 수 있다.

또한, 소재를 용체화 처리함으로써, 소재의 단조 가공성이 향상된다. 그 때문에, 냉간 단조 가공 전에 소재를 O 처리할 필요가 없어, O 처리를 생략할 수 있다. 나아가서는, 전술한 바와 같이, 용체화 처리는 냉간 단조 가공 후가 아닌 그 전에 실시되므로, 기계 가공 시에 소재의 내경의 진원도를 높이기 위한 내경 절삭 가공도 생략할 수 있다. 이에 의해, 제조 공정수를 더 삭감할 수 있고, 그 결과, 브레이크 피스톤용 소형재를 용이하게 제조할 수 있어, 그 제조 비용을 낮출 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 소재를 인공 시효 처리하면, 그 인공 시효 처리 시에 소재의 경도가 신속하게 피크 경도(즉 최대값)에 도달한다. 그 때문에, 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있고, 그 결과, 제조 비용을 더 낮출 수 있다.

또한, 소정의 조성의 알루미늄 합금의 소재를, 소정의 처리 조건으로 차례로, 용체화 처리, 냉간 단조 가공 처리 및 인공 시효 처리함으로써, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트를 최적화할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다.

알루미늄 합금이 소정의 조성을 가짐으로써, 전술한 바와 같이 용체화 처리 후의 소재의 경도의 경시적 변화를 작게 할 수 있다. 그 때문에, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 공정으로서 T8 공정을 채용할 수 있다. 즉, 냉간 단조 가공 후에 용체화 처리를 실시하지 않으므로, 냉간 단조 가공 후에 바로 인공 시효 처리를 개시할 수 있다. 또한, 냉간 단조 가공 후에 용체화 처리를 실시하지 않으므로, 인공 시효 처리 시에 소재의 경도가 신속하게 피크 경도에 도달한다(후술하는 도 5 참조). 그 때문에, 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있다.

여기서, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트의 율속은, 열처리 시간이며, 즉 용체화 처리 시간과 인공 시효 처리의 시효 시간이다. 그런데, 용체화 처리 시간은, 충분한 고용 상태를 실현하기 위해, 단축하는 것은 곤란하다. 이에 반해, 본 실시 형태의 제조 방법에 따르면 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있으므로, 시효 시간을 용체화 처리 시간보다도 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 일관 제조 라인의 택트의 율속을 용체화 처리 시간으로 할 수 있음과 함께, 이 용체화 처리 시간 내에 마치도록 인공 시효 처리의 시효 시간을 짧게 할 수 있다. 구체적으로는, 시효 시간을 용체화 처리 시간의 0.3배 내지 1배(바람직하게는 0.5배 내지 0.9배)로 할 수 있다. 예를 들어, 용체화 처리 시간이 3h 내지 5h인 경우에는, 시효 시간을 2h±0.5h로 하는 것이 가능해진다. 이와 같이 해서, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트를 최적화(최소화)할 수 있다.

이상으로 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다.

실시예

본 발명의 구체적 실시예에 대하여 이하에 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<내경의 진원도의 평가>

도 3은 인공 시효 처리 후의 소재의 내경의 진원도를 실시예 1과 비교예 1에서 비교한 도면(그래프)이다. 실시예 1은, 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 인공 시효 처리된 5개의 소재에 대해서, 그들 내경의 진원도를 평균한 것이다. 비교예 1은, 종래의 도 10에 도시한 공정 순서에 따라 인공 시효 처리된 5개의 소재에 대해서, 그들 내경의 진원도를 평균한 것이다. 또한 실시예 1 및 비교예 1에 있어서, 소재의 목표 내경은 28㎜이다. 또한, 진원도의 측정은 예를 들어 JIS(일본 공업 규격) B0021에 준거해서 행해진다.

실시예 1에서는, 소재의 내경의 진원도의 최대값은 4㎛, 최소값은 1㎛, 평균값은 2.16㎛였다. 비교예 1에서는, 소재의 내경의 진원도의 최대값은 49㎛, 최소값은 37㎛, 평균값은 46.2㎛였다.

실시예 1 및 비교예 1에 사용한 소재의 재질은, 모두 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 실시예 1에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%, 인공 시효 처리의 처리 조건은 210℃×2h이다. 비교예 1에서 적용한 O 처리의 처리 조건은 380℃×3.5h, 단조 가공율은 50%, 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 인공 시효 처리의 처리 조건은 210℃×2h이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 실시예 1에서는 소재의 내경의 진원도는 비교예 1보다도 각별히 높다(작다). 그 때문에, 실시예 1에서는 소재의 내경은 바람직한 진원도의 규격 8㎛ 이하를 만족하므로, 기계 가공 공정 S5에 있어서 소재의 내경의 진원도를 높게 하기 위한 내경 절삭 가공을 실시할 필요는 없었다.

<소재의 경도의 경시적 변화의 평가>

표 1은 소재의 경도의 경시적 변화(시간적 변화)를 평가한 결과를 나타내고 있다. 이 표 1 중 실시예 2 및 3은 모두 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 인공 시효 처리된 3개의 소재에 대해서, 그들 경도를 평균한 것이다. 실시예 2에서는 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간(기간)은 3일, 실시예 3에서는 3개월이다.

실시예 2 및 3에 사용한 소재의 재질은, 모두 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 실시예 2 및 3에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%, 인공 시효 처리의 처리 조건은 210℃×2h이다. 또한, 소재의 경도는, JIS Z2245:2005의 「록웰 경도 시험-시험 방법」에 준거하여 측정된 록웰 경도(경도 기호:HRB)이며, 그 측정에 사용한 스케일은 "B", 압자는 강체구 1.5875mm, 시험 하중은 980.7N이다. 또한, 이하에서 적용한 소재의 경도의 측정 방법은 이와 마찬가지이다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 용체화 처리부터 인공 시효 처리까지의 시간이 길어도 인공 시효 처리 후의 소재의 경도는 작아지지 않고, 그 경도는 대략 일정했다. 구체적으로 나타내면, 소재의 경도의 증량 Δ는 0.5%(즉, 증량 Δ={(66.39-66.07)/66.07}×100%=0.5%)이다. 즉, 용체화 처리 후의 소재의 경도의 경시적 변화는 매우 작다. 따라서, 실시예 2 및 3에서는, 용체화 처리와 인공 시효 처리를 신속하게 연속해서 실시할 필요는 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 특히 바람직한 증량 Δ은 0.5% 이내이다.

<도전율의 평가>

도 4a는 실시예 4의 소재의 도전율을 도시하는 도면(그래프)이며, 도 4b는 비교예 2의 소재의 도전율을 도시하는 도면(그래프)이다. 실시예 4는 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 기계 가공된 6개의 소재에 대해서, 각 공정에서의 이들 소재의 도전율을 측정하여 평균한 것이다. 비교예 2는 종래의 도 10에 도시한 공정 순서에 따라 기계 가공된 6개의 소재에 대해서, 각 공정에서의 이들 소재의 도전율을 측정하여 평균한 것이다.

실시예 4 및 비교예 2에 사용한 소재의 재질은, 모두 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 실시예 4에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%, 인공 시효 처리의 처리 조건은 210℃×2h이다. 비교예 2에서 적용한 O 처리의 처리 조건은 380℃×3.5h, 단조 가공율은 50%, 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 인공 시효 처리의 처리 조건은 210℃×2h이다.

도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 실시예 4에 있어서의 기계 가공 후의 소재(즉 브레이크 피스톤용 소형재)의 도전율은 40% 내지 45% IACS의 범위 내이며, 이것은 비교예 2보다도 높다. 따라서, 실시예 4에서는, 열전도성이 높은, 즉 방열성이 높은 브레이크 피스톤용 소형재를 얻을 수 있었다.

<시효 시간과 소재의 경도의 관계-1>

도 5는 인공 시효 처리 공정에 있어서의 시효 시간과 소재의 경도의 관계를 실시예 5과 비교예 3에서 비교한 도면(그래프)이다. 실시예 5는 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 냉간 단조 가공된 소재에 대해서, 시효 온도 210℃의 처리 조건에서 인공 시효 처리한 것이다. 비교예 3은 종래의 도 10에 도시한 공정 순서에 따라 냉간 단조 가공된 소재에 대해서, 시효 온도 195℃의 처리 조건에서 인공 시효 처리한 것이다.

실시예 5 및 비교예 3에 사용한 소재의 재질은, 모두 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 실시예 5에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%이다. 비교예 3에서 적용한 O 처리의 처리 조건은 380℃×3.5h, 단조 가공율은 50%, 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 실시예 5에서는 피크 경도에 도달하는 시효 시간은, 비교예 3보다도 짧다. 따라서, 실시예 5에서는, 인공 시효 처리의 시효 시간을 단축할 수 있고, 그 결과, 제조 비용을 낮출 수 있다.

한편, 비교예 3에서는, 피크 경도에 도달하는 시효 시간이 길므로, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트 타임을 용체화 처리 시간 내에 마치는 것이 곤란해진다.

실시예 5와 같이, 냉간 단조 가공 후에 용체화 처리를 실시하지 않고 인공 시효 처리를 실시함으로써, 피크 경도에의 도달 시간을 앞당길 수 있다. 본 실시예 5에서는, 냉간 단조 가공을 실시함으로써 소재에는 가공 왜곡이 발생하고, 그 왜곡을 남긴 상태에서 인공 시효 처리를 실시함으로써 소재에는 그 왜곡을 중심으로 석출물이 발생하고, 그 결과 피크 경도에의 도달 시간이 빨라진다고 추정된다. 한편, 비교예 3에서는, 단조 가공 후에 용체화 처리를 실시하고 그 후에 인공 시효 처리를 실시하고 있으므로, 용체화 처리에서 냉간 단조 가공에 의한 가공 왜곡이 해소되어 버린다. 그 결과, 석출물의 중심이 되는 왜곡이 해소되게 되어, 피크 경도에의 도달 시간이 느려진다고 추정된다.

<시효 시간과 소재의 경도의 관계-2>

도 6은 실시예 6의 인공 시효 처리 공정에서의 시효 시간과 소재의 경도의 관계를 도시하는 도면(그래프)이다. 실시예 6은 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 냉간 단조 가공된 소재에 대해서, 시효 온도 215℃의 처리 조건에서 인공 시효 처리한 것이다.

실시예 6에 사용한 소재의 재질은 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 실시예 6에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 실시예 6에서는, 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도는 71.5HRB이며, 이때의 시효 시간은 0.5h이다. 또한, 일반적으로 브레이크 피스톤용 소형재는, 그 사용 환경 상의 요청으로부터, 과시효 처리로 되는 처리 조건에서 인공 시효 처리되어 있지 않으면 안된다. 따라서, 인공 시효 처리 시에 피크 경도가 되는 시효 시간 0.5h보다도 길게 소재를 인공 시효 처리해야 한다. 또한, 고객이 브레이크 피스톤용 소형재에 요구하는 경도, 즉 인공 시효 처리 후의 소재의 경도는, 일반적으로 61 내지 68HRB의 범위 내이다. 경도 61HRB는 피크 경도 71.5HRB의 85%에 상당하고, 경도 68HRB는 피크 경도 71.5HRB의 95%에 상당한다.

도 6에서 알 수 있듯이, 인공 시효 처리 시간을 2h±0.5h(즉 1.5h 내지 2.5h)로 설정한 경우에는, 경도가 61(즉 피크 경도 71.5HRB의 85%) 내지 68(즉 피크 경도 71.5HRB의 95%) HRB의 범위 내의 소재(브레이크 피스톤용 소형재)를 확실하게 얻을 수 있고, 따라서 요구되는 경도를 확실하게 만족할 수 있다. 다시 말하면, 브레이크 피스톤용 소형재에 요구되는 경도를 확실하게 만족시키기 위해서는, 소재를 인공 시효 처리하여 얻어지는 소재의 경도가 브레이크 피스톤용 소형재에 요구되는 경도이며, 이 경도가 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도의 85% 내지 95%가 되도록 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도를 설정하면 되는 것을 확인할 수 있었다.

<용체화 처리 후 및 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 평가>

표 2는 실시예 7에 있어서의 용체화 처리 후의 소재의 경도와 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도를 측정한 결과를 나타내고 있다. 실시예 7은 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 인공 시효 처리된 6개의 소재에 대해서, 용체화 처리 후의 경도와 인공 시효 처리 개시 시의 경도를 각각 평균한 것이다. 또한, 표 2에는 용체화 처리 후의 소재의 경도와 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도에 대하여 각각 최대값 및 최소값이 기재되어 있다.

실시예 7에 사용한 소재의 재질은 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 실시예 7에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%, 인공 시효 처리의 처리 조건은 210℃×2h이다.

또한, 「용체화 처리 후의 소재의 최대 경도」/「인공 시효 처리 개시 시의 소재의 최소 경도」의 값과, 「용체화 처리 후의 소재의 최소 경도」/「인공 시효 처리 개시 시의 소재의 최대 경도」의 값을 각각 산출했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 이 표 3에 나타낸 바와 같이, 전자의 값은 62%이며, 후자의 값은 45%였다. 여기서, 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도는, 냉간 단조 가공 후의 소재의 경도와 동일하다. 따라서, 「용체화 처리 후의 소재의 경도」/「인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도」는, 「용체화 처리 후의 소재의 경도」/「냉간 단조 가공 후의 소재의 경도」와 동일하며, 이 값은 가공 경화율 γ의 역수를 의미하고 있다.

따라서, 소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도(즉 용체화 처리 후의 소재의 경도)가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%(특히 바람직하게는 45% 내지 62%)가 되도록, 용체화 처리의 처리 조건을 설정함으로써, 인공 시효 처리 개시 시의 소재에 대해 원하는 경도를 얻을 수 있다. 다시 말하면, 인공 시효 처리 개시 시의 소재에 대해 원하는 경도를 얻기 위해서는, 소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%(특히 바람직하게는 45% 내지 62%)가 되도록, 용체화 처리의 처리 조건을 설정하면 되는 것을 확인할 수 있었다.

표 4는 실시예 8에 있어서의 용체화 처리 후의 소재의 경도와 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도를 측정한 결과를 나타내고 있다. 실시예 8은 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 인공 시효 처리된 소재에 있어서의 서로 다른 5군데의 부위의 용체화 처리 후의 경도와 인공 시효 처리 개시 시의 경도를 각각 평균한 것이다.

실시예 8에 사용한 소재의 재질은 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 본 실시예 8에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%, 인공 시효 처리의 처리 조건은 210℃×2h이다.

또한, 「용체화 처리 후의 소재의 평균 경도」/「인공 시효 처리 개시 시의 소재의 평균 경도」의 값을 산출했다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. 이 표 5에 나타낸 바와 같이, 이 값은 53%이었다. 또한, 이 값은 전술한 바와 같이 가공 경화율 γ의 역수를 의미하고 있다.

이 실시예 8에서 알 수 있듯이, 소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도(즉 용체화 처리 후의 소재의 경도)가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%(특히 바람직하게는 45% 내지 62%)가 되도록, 용체화 처리의 처리 조건을 설정함으로써, 인공 시효 처리 개시 시의 소재에 대해 원하는 경도를 얻을 수 있다. 다시 말하면, 인공 시효 처리 개시 시의 소재에 대해 원하는 경도를 얻기 위해서는, 소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%(특히 바람직하게는 45% 내지 62%)가 되도록, 용체화 처리의 처리 조건을 설정하면 되는 것을 확인할 수 있었다.

<알루미늄 합금의 조성의 평가>

실시예 11 내지 17에서는, 여러가지 조성의 알루미늄 합금의 소재를, 본 실시 형태의 도 1에 도시한 공정 순서에 따라 인공 시효 처리하였다. 그리고, 소재의 경도 HRB, 내경의 진원도 및 도전율을 조사하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 실시예 11 내지 17에 있어서, 소재의 목표 내경은 28㎜이다.

표 6 중 「용체화 처리 조건」란은, 각 실시예에 적용한 용체화 처리의 처리 조건을 나타내고 있다. 「단조 가공율」란은, 각 실시예에 적용한 냉간 단조 가공의 단조 가공율을 나타내고 있다. 「인공 시효 처리 조건」란은, 각 실시예에 적용한 인공 시효 처리의 처리 조건을 나타내고 있다.

실시예 11 내지 17에서 알 수 있듯이, 소재를 구성하는 알루미늄 합금의 조성이 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고, 또한 용체화 처리의 처리 조건이 열 처리 온도 510℃±10℃ 및 열처리 시간 3h 이상의 처리 조건이며, 또한 인공 시효 처리의 처리 조건이 시효 온도 210℃±10℃ 및 시효 시간 2h±0.5h의 처리 조건인 경우에는, 소재의 경도를 확실하게 향상시킬 수 있고, 또한 소재의 내경의 진원도를 높게 할 수 있고, 또한 높은 도전율(즉 높은 열전도성 및 방열성)을 얻을 수 있었다.

<제조 조건의 결정 방법예>

이어서, 본 실시 형태의 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에서 사용되는 제조 조건의 결정 방법예에 대해서, 상기 실시예의 결과를 참조하여 이하에 설명한다. 또한, 이하의 본 설명문에서는 「제품」이란 브레이크 피스톤용 소형재를 말한다. 또한, 「시효 피크 경도」란 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도를 말한다.

우선, 전제 조건 A 내지 D에 대하여 이하에 설명한다.

A. 가공 경화율 γ는 다음과 같이 결정된다. 즉, 제품(브레이크 피스톤용 소형재)의 형상은 고객으로부터의 제시에 의해 결정된다. 그러면, 이 제품을 제조할 때에 적용되는 냉간 단조 가공은 밀폐형이므로, 이 제품용 소재의 체적이 결정된다. 그리고, 소재의 체적과 소재를 얻기 위한 알루미늄 합금 연속 주조재 등의 직경에 의해, 소재의 형상이 결정되며, 이 결정된 소재의 형상과 제품의 형상에 의해 단조 가공율이 결정된다. 이렇게 해서 단조 가공율이 결정됨으로써, 가공 경화율 γ가 결정된다. 또한, 가공 경화율 γ의 조정에 대해서는, 알루미늄 합금 연속 주조재 등의 직경을 바꿈으로써 단조 가공율을 조정하고, 이에 의해 가공 경화율 γ를 조정하는 것도 가능하다.

B. 제품의 기계 특성(특히 경도)은 고객으로부터의 요구에 의해 결정된다.

C. 소재를 구성하는 알루미늄 합금의 조성은, 제품에 요구되는 기계 특성(특히 경도)을 얻을 수 있고 또한 용체화 처리 후의 소재의 경도의 경시적 변화를 작게 한다고 하는 요건에 의해, 결정된다. 그리고, 이 결정된 조성에 있어서, 용체화 처리 시에 버닝이 발생하지 않는 용체화 처리 온도의 상한과, 충분한 고용 상태가 얻어지는 용체화 처리 시간이 결정된다. 이 알루미늄 합금에서는 그 첨가 원소 중 가장 경도에 영향을 미치는 원소는 Cu이다. Cu가 가능한 한 많이 고용하고, 또한 용체화 처리 시에 버닝이 발생하지 않는 용체화 처리 온도의 상한으로서 예를 들어 510℃±10℃를 채용할 수 있다. 덧붙여서 말하면, 용체화 처리 온도의 하한은 Cu가 고용 가능한 온도이다.

D. 목적은, 제품의 일관 제조 라인의 택트의 최적화(최소화)를 도모하는 것이며, 그 결과, 제품을 용이하게 제조할 수 있도록 한다.

이어서, 제조 조건의 결정 방법의 이해에 필요한 정의에 대해서 이하에 설명한다.

제품의 제조 이력(소재→용체화 처리→냉간 단조 가공→인공 시효 처리)과 제품(소재)의 경도의 변화는 다음 수학식 1로 표시할 수 있다.

단, α: 제품의 경도/시효 피크 경도

β: 시효 피크 경도/인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도

γ: 냉간 단조 가공 후의 소재의 경도/용체화 처리 후의 소재의 경도.

또한, 용체화 처리 전의 소재의 경도를 「H1」이라 한다. 제품의 경도, 즉 인공 시효 처리 후의 소재의 경도를 「H4」라 한다. 시효 시간을 「T4」라 한다. 또한, 냉간 단조 가공 후의 소재의 경도는 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도와 동일하다.

γ의 정의에서 알 수 있듯이, γ는 가공 경화율을 의미하고 있다. 또한, 소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도(즉 용체화 처리 후의 소재의 경도)가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%이다란, 가공 경화율 γ의 역수가 40% 내지 65%인 것을 의미하며, 다시 말하면 γ=1/(0.4 내지 0.65)인 것을 의미한다.

이어서, 결정 방법예에 대해서 이하에 설명한다.

-α의 결정 방법예-

도 7a에 도시한 바와 같이, 상기 전제 조건 B와 D에 의해, 제품의 경도 vs 시효 시간의 최적 포인트(H4, T4)가 결정된다. 시효 곡선은, 시효 온도를 바꾸면, 시효 곡선의 기울기나 시효 피크 경도에의 도달 시간이 바뀐다. 즉, 시효 온도를 높게 하면, 시효 곡선은 개략 흰 화살표 방향(좌측 방향)으로 축소된다. 또한, 도 7b에 도시한 바와 같이, 시효 곡선은, 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도를 바꾸면, 시효 피크 경도가 바뀐다. 즉, 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도를 높게 하면, 시효 곡선은 개략 흰 화살표 방향(상측 방향)으로 평행 이동하고, 이에 따라 시효 피크 경도가 높아진다.

이러한 시효 곡선의 성질을 근거로 해서 시효 곡선이 최적 포인트(H4, T4)를 통과하는 시효 온도와 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도가 복수, 선택된다.

또한, 소재를 인공 시효 처리해서 얻어지는 소재의 경도(즉 인공 시효 처리 후의 소재의 경도)가 브레이크 피스톤용 소형재(제품)에 요구되는 경도이며, 이 경도가 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도의 85% 내지 95%(특히 바람직하게는 86% 내지 93%)가 되도록 하기 위해서, 최적 포인트(H4, T4)를 통과하는 복수의 시효 곡선 중에서 α=0.85 내지 0.95(특에 바람직하게는 0.86 내지 0.93)의 요건을 만족하는 시효 곡선이 선택된다.

a. 제품(브레이크 피스톤용 소형재)의 사용 환경 상의 요청을 만족시키기 위해, 최적 포인트(H4, T4)는 과시효 영역에 있을 필요가 있다. 또한, 제품에 요구되는 경도를 확실하게 만족시키기 위해서, 최적 포인트(H4, T4)의 경도는 피크 경도의 95% 이하인 것이 바람직하다.

b. 최적 포인트(H4, T4)의 경도는 피크 경도의 85% 이상인 것이 바람직하다. 그 이유에 대해서 표 7과 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

표 7은 실시예 9의 소재의 도전율 및 경도의 변화의 조사 결과를 나타내고 있다. 도 8은 실시예 9의 소재의 도전율 및 경도의 변화를 도시하는 도면(그래프)이다. 실시예 9의 소재의 재질은 알루미늄 합금이며, 그 조성은 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하고 있다. 또한, 이 실시예 9에서 적용한 용체화 처리의 처리 조건은 510℃×3h, 단조 가공율은 50%, 인공 시효 처리 온도는 210℃이다. 상대 IACS란, 용체화 처리 후의 소재의 도전율을 1로 한 경우의 소재의 도전율이다. 상대 IACS-2란, 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도일 때(피크 경도의 100%일 때)의 소재의 도전율을 1로 한 경우의 소재의 도전율이다. 상대 HRB란, 용체화 처리 후의 소재의 경도를 1로 한 경우의 소재의 경도이다. 상대 HRB-2란, 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도일 때(피크 경도의 100%일 때)의 소재의 경도를 1로 한 경우의 소재의 경도이다.

표 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 소재의 도전율은, 그 경도와 마찬가지로, 인공 시효 처리 시의 피크 경도일 때(피크 경도의 100%일 때)가 가장 높고, 피크 경도의 85%일 때와 피크 경도의 70%일 때에 차례로 낮아지고 있다.

소재의 경도는, 용체화 처리 후로부터 냉간 단조 가공 후로 이행하면 소재의 경도가 매우 높아지고 있기 때문에, 시효 시간보다도 냉간 단조 가공에 의한 가공 경화율 γ의 영향을 크게 받는다. 한편, 소재의 도전율은, 용체화 처리 후로부터 냉간 단조 가공 후로 이행해도 소재의 경도는 그다지 변화가 없고, 가공 경화율 γ보다도 시효 시간의 영향을 크게 받는다. 따라서, 도전율을 높게 하기 위해서, 즉 열전도성을 높이기 위해서는, 인공 시효 처리 시간을 관리할 필요가 있으며, 인공 시효 처리에 의해 높아진 도전율은 최대한 낮추지 않는 것이 바람직하다. 그 때문에, 도전율에 대응하는 경도에 있어서, 최적 포인트(H4, T4)의 경도는 피크 경도의 85% 이상인 것이 바람직하다.

-β의 결정 방법예-

β는 선택된 시효 곡선에 의해 결정된다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에서 각각 나타낸 실시예 5 및 6의 경우에는, β는 1/(0.95 내지 0.99)로 결정된다.

-γ의 결정 방법예-

γ는 전술한 바와 같이 가공 경화율을 의미하고 있으며, 따라서 용체화 처리 후의 소재의 형상과 냉간 단조 가공 후의 소재의 형상에 의해 결정된다. 본 실시 형태에서는, γ=1/(0.4 내지 0.65)의 요건을 만족하는 것이 바람직하다.

-α, β, γ의 결정예-

따라서, α, β, γ는 예를 들어 다음과 같이 결정된다.

α:β:γ=(0.85 내지 0.95):1/(0.95 내지 0.99):1/(0.4 내지 0.65)

따라서, 상기 수학식 1을 만족하도록 용체화 처리 후의 소재의 경도를 설정함으로써, 요구되는 경도 및 높은 열전도성(즉 높은 방열성)을 갖는 브레이크 피스톤용 소형재(제품)를 제조할 수 있고, 브레이크 피스톤용 소형재의 일관 제조 라인의 택트의 최적화를 도모할 수 있다.

-용체화 처리의 처리 조건의 결정 방법-

용체화 처리의 처리 조건으로서의 용체화 처리 온도의 결정 방법은 다음과 같다. 즉, 전술한 알루미늄 합금의 조성 요건을 만족하는 소재를 사용해서, 표 8 및 도 9에 도시한 바와 같은, 용체화 처리 후의 소재의 경도 vs 용체화 처리 온도의 관계를 나타내는 그래프를 예비 실험에 의해 작성해 둔다. 그리고, 이 그래프에 기초해서, 용체화 처리 후의 소재의 경도가 상기 수학식 1을 만족하는 용체화 처리 후의 소재의 경도가 되도록, 용체화 처리 온도가 결정된다.

용체화 처리의 처리 조건으로서의 용체화 처리 시간은, 충분한 고용 상태를 실현하기 위해, 단축하는 것은 곤란하기 때문에, 참고예 1 내지 3에서 적용한 용체화 처리 시간은 모두 3h로 하고 있다.

본원은, 2010년 12월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제2010-285706호의 우선권 주장을 수반하는 것이며, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.

여기에 사용된 용어 및 표현은, 설명을 위하여 사용된 것으로서 한정적으로 해석하기 위해 사용된 것은 아니며, 여기에 나타내고 또한 설명된 특징 사항의 어떤 균등물도 배제하는 것은 아니고, 본 발명의 클레임된 범위 내에 있어서의 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되어야만 한다.

본 발명은 많은 다른 형태로 구현화될 수 있는 것이지만, 이 개시는 본 발명의 원리의 실시예를 제공하는 것으로 간주되어야 하며, 그들 실시예는, 본 발명을 여기에 기재하고 또한/또는 도시한 바람직한 실시 형태에 한정하는 것을 의도하는 것은 아니라고 하는 양해를 바탕으로, 많은 도시 실시 형태가 여기에 기재되어 있다.

본 발명의 도시 실시 형태 몇가지를 여기에 기재했지만, 본 발명은 여기에 기재한 각종 바람직한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 이 개시에 기초하여 소위 당업자에 의해 인식될 수 있는, 균등한 요소, 수정, 삭제, 조합(예를 들어, 각종 실시 형태에 걸친 특징의 조합), 개량 및/또는 변경을 갖는 모든 실시 형태도 포함하는 것이다. 클레임의 한정 사항은 그 클레임에서 사용된 용어에 기초하여 넓게 해석되어야 하며, 본 명세서 혹은 본원의 프로시큐션 중에 기재된 실시예에 한정되어서는 안되며, 그러한 실시예는 비배타적이라고 해석되어야 한다. 예를 들어, 이 개시에 있어서, 「preferably」라고 하는 용어는 비배타적인 것으로서, 「바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다」라고 하는 것을 의미하는 것이다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 민즈·플러스·펑션 혹은 스텝·플러스·펑션의 한정 사항은, 특정 클레임의 한정 사항에 관한 것으로, a) 「means for」 혹은 「step for」라고 명확하게 기재되어 있고, 또한 b) 그에 대응하는 기능이 명확하게 기재되어 있으며, 또한 c) 그 구성을 뒷받침하는 구성, 재료 혹은 행위가 언급되지 않는다고 하는 조건 모두가 그 한정 사항에 존재하는 경우에만 적용된다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 「present invention」 또는 「invention」이라고 하는 용어는, 이 개시 범위 내에 있어서의 하나 또는 복수의 측면에 언급하는 것으로서 사용되고 있는 경우가 있다. 이 present invention 또는 invention이라고 하는 용어는, 임계를 식별하는 것으로서 부적절하게 해석되어서는 안되고, 모든 측면 즉 모든 실시 형태에 걸쳐서 적용하는 것으로서 부적절하게 해석되어서는 안되며(즉, 본 발명은 다수의 측면 및 실시 형태를 갖고 있다고 이해되어야만 하며), 본원 내지는 클레임의 범위를 한정하도록 부적절하게 해석되어서는 안된다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 「embodiment」라고 하는 용어는, 임의의 측면, 특징, 프로세스 혹은 스텝, 그들 임의의 조합, 및/또는 그러한 임의의 부분 등을 기재하는 경우에도 사용된다. 몇가지 실시예에 있어서는, 각종 실시 형태는 중복된 특징을 포함하는 경우가 있다. 이 개시 및 본원의 프로시큐션 중에 있어서, 「e.g.,」, 「NB」라는 약자를 사용하는 경우가 있으며, 각각 「예를 들어」, 「주의」를 의미하는 것이다.

본 발명은, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법 및 브레이크 피스톤용 소형재에 이용 가능하다.

1 : 냉간 단조 가공 장치
2 : 펀치
5 : 성형 다이
10 : 소재

Claims

Si : 9.0 내지 11.0질량%, Fe : 0.5질량% 이하, Cu : 0.7 내지 1.1질량%, Mn : 0.15질량% 이하, Mg : 0.3 내지 0.7질량%, 잔량부 Al 및 불가피 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금의 소재를 용체화 처리하고, 이어서 소재를 냉간 단조 가공하고, 그 후 소재를 인공 시효 처리하는 것을 특징으로 하는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
소재를, 시효 온도 210℃±10℃ 및 시효 시간 2h±0.5h의 처리 조건에서 인공 시효 처리하는, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
소재를, 열 처리 온도 510℃±10℃ 및 열처리 시간 3h 이상의 처리 조건에서 용체화 처리하는, 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
Si : 9.0 내지 11.0질량%, Fe : 0.5질량% 이하, Cu : 0.7 내지 1.1질량%, Mn : 0.15질량% 이하, Mg : 0.3 내지 0.7질량%, 잔량부 Al 및 불가피 불순물을 포함하여 이루어지는 알루미늄 합금의 소재를 용체화 처리하고, 이어서 소재를 냉간 단조 가공하고, 그 후 소재를 과시효 처리가 되는 처리 조건에서 인공 시효 처리하는 제조 공정을 포함하고,
상기 제조 공정에서는,
소재를 인공 시효 처리하여 얻어지는 소재의 경도가 브레이크 피스톤용 소형재에 요구되는 경도이며, 이 경도가 인공 시효 처리 시의 소재의 피크 경도의 85% 내지 95%가 되도록, 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도가 설정되어 있고,
소재를 용체화 처리하여 얻어지는 소재의 경도가 인공 시효 처리 개시 시의 소재의 경도의 40% 내지 65%가 되도록, 용체화 처리의 처리 조건이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법.
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의해 제조된 브레이크 피스톤용 소형재.
제5항에 있어서,
도전율이 40% 내지 45% IACS인 브레이크 피스톤용 소형재.
제3항에 기재된 브레이크 피스톤용 소형재의 제조 방법에 의해 제조된 브레이크 피스톤용 소형재.