KR20080102414A

KR20080102414A - 알루미늄합금 단조 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20080102414A
Application number: KR1020087023855A
Authority: KR
Inventors: 마나부 나카이; 요시야 이나가키; 아츠미 후쿠다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-11-25
Also published as: JP2008163445A; EP2003219A9; WO2007114078A1; JP5110938B2; US8152940B2; EP2003219A2; EP2003219A8; KR101060917B1; EP2003219A4; CN101365818B; CA2637273C; CA2637273A1; US20090000705A1; EP2003219B1; CN101365818A

Abstract

본 발명은, 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시킨 알루미늄합금 단조재 및 그 제조 방법을 제공한다. 특정 성분과 특정 제조 조건으로 제조되며, 비교적 폭이 좁고 두꺼운 주연부의 리브(3)와, 두께가 10㎜ 이하로 얇고 비교적 폭이 넓은 중앙부의 웹(4)으로 이루어지는 대략 H형의 단면 형상의 아암부(2)를 갖는 알루미늄합금 단조재(1)의, 리브(3a)의 최대 응력 발생 부위에서의 폭 방향 단면에 있어서의, 최대 응력이 발생하는 단면 부위(7)의 조직에서 관찰되는 정출물 밀도, 파팅 라인을 포함하는 단면 부위(8)의 조직에서 관찰되는 각 입계 석출물끼리의 간격과 분산 입자의 사이즈와 밀도, 이들 리브의 단면 조직(7, 8)에 있어서 관찰되는 재결정 비율, 및 이들 리브(3a)의 단면 조직에 인접하는 상기 웹(4a)의 폭 방향의 단면 조직(9)에 있어서 관찰되는 재결정 비율을 규정하여, 알루미늄합금 단조재를, 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시킨다.

Description

알루미늄합금 단조 부재 및 그 제조 방법{ALUMINUM ALLOY FORGING MEMBER AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 고강도, 고인성이고, 응력 부식 균열 내성 등의 내식성도 우수한, 자동차 바퀴 주변 부품 등에 사용되는 알루미늄합금 단조재 및 그 제조 방법(이하, 알루미늄을 간단히 Al이라고도 함)에 관한 것이다.

최근, 배기가스 등에 의한 지구 환경 문제에 대하여, 자동차 등의 수송기의 차체 경량화에 의한 연료 소비율의 향상이 추구되고 있다. 이 때문에, 특히, 자동차 등의 수송기의 구조재 내지 구조 부품, 특히 어퍼 아암(upper arm), 로어 아암(lower arm) 등의 바퀴 주변 부품으로서. AA 내지 JIS의 규격에서 말하는 6000계(Al-Mg-Si계) 등의 Al 합금 단조재가 사용되고 있다. 6000계 Al 합금 단조재는, 고강도, 고인성이고, 내식성도 비교적 우수하다. 또한, 6000계 Al 합금 자체도, 합금 원소량이 적고, 스크럽을 다시 6000계 Al 합금 용해 원료로서 재이용하기 쉬운 점에서, 리사이클성도 우수하다.

이들 6000계 Al 합금 단조재는, Al 합금 주조재를 균질화 열처리한 후, 기계 적 단조, 유압 단조 등의 열간 단조(형단조)를 행하고, 그 후, 용체화 및 담금질 처리와 인공 시효 경화 처리의 소위 조질 처리가 실시되어 제조된다. 또, 단조용 소재로는, 상기 주조재 외에, 주조재를 일단 압출한 압출재가 이용되는 경우도 있다.

서스펜션 등의 바퀴 주변 부품에는, 고강도ㆍ고인성ㆍ고내식성을 실현하는 재료가 요구되고 있다. 이 점에서, 알루미늄합금 단조재는, 알루미늄합금 주조재 등과 비교하여, 강도적으로 우수하고 신뢰성이 높다.

최근, 이들 수송기의 구조재에 있어서도, 자동차의 한층 더한 경량화를 위해, 한층 더 박육화시킨 후의 고강도화나 고인성화가 요구되고 있다. 이 때문에, Al 합금 주조재나 Al 합금 단조재의 미크로 조직을 개선하는 것이 다양하게 행해지고 있다. 예컨대, 6000계 Al 합금 주조재의 결정석출물(정출물이나 석출물)의 평균 입경을 8㎛ 이하로 작게 하고, 또한 덴드라이트 2차 아암 간격(DAS)을 40㎛ 이하로 촘촘하게 하여, Al 합금 단조재를 보다 고강도로 고인성화하는 것이 제안되어 있다(특허 문헌 1, 2 참조).

또한, 6000계 Al 합금 단조재의 결정립 내나 입계의 정출물이나 결정석출물의 평균 입경이나 평균 간격 등을 제어함으로써, Al 합금 단조재를 보다 고강도로 고인성화하는 것도 제안되어 있다. 이들 제어는, 입계 부식이나 응력 부식 균열 등에 대해서도 고내식성화할 수 있다. 그리고, 이들 정출물이나 결정석출물의 제어에 맞춰, Mn, Zr, Cr 등의 결정립 미세화 효과를 갖는 천이 원소를 첨가하여, 결정립을 미세화 내지 아결정립화시켜, 파괴 인성이나 피로 특성을 향상시키는 것도 이들 제안 중에 기재되어 있다(특허 문헌 3, 4, 5 참조).

그러나, 이들 6000계 Al 합금 단조재에는, 상기 단조 및 용체화 처리 공정에서, 가공 조직이 재결정하여 조대(粗大) 결정립이 발생하는 경향이 있다. 이들 조대 결정립이 발생한 경우, 상기 미크로 조직을 제어하더라도, 고강도화나 고인성화를 달성할 수 없고, 또한, 내식성도 저하된다. 더구나, 이들 각 특허 문헌에서는, 단조에 있어서의 가공 온도가 450℃ 미만으로 비교적 낮고, 이러한 저온의 열간 단조로는, 목표로 하고 있는 결정립을 미세화 내지 아결정립화시키는 것이 실제로는 곤란하다.

한편, 상기 가공 조직이 재결정화한 조대 결정립의 발생을 억제하기 위해, Mn, Zr, Cr 등의 결정립 미세화 효과를 갖는 천이 원소를 첨가한 뒤에, 450~570℃의 비교적 고온의 온도에서 열간 단조를 개시하는 것이 알려져 있다(특허 문헌 6~7, 8~10 참조).

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평 07-145440 호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 평 06-256880 호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 제 2000-144296 호 공보(등록 3684313)

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 제 2001-107168 호 공보

특허 문헌 5: 일본 특허 공개 제 2002-294382 호 공보

특허 문헌 6: 일본 특허 공개 평 5-247574 호 공보

특허 문헌 7: 일본 특허 공개 제 2002-348630 호 공보

특허 문헌 8: 일본 특허 공개 제 2004-43907 호 공보

특허 문헌 9: 일본 특허 공개 제 2004-292937 호 공보

특허 문헌 10: 일본 특허 공개 제 2004-292892 호 공보

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

서스펜션 아암 등의 자동차 바퀴 주변 부품은, 아암부와 이 아암부의 일단측에 볼 조인트부를 갖는 구성으로 이루어진다. 이들 자동차 바퀴 주변 부품은, 소정의 강도를 내면서, 경량화를 도모하기 위해, 특히 아암부가, 통상은, 비교적 폭이 좁고 두꺼운 주연부의 리브(rib)와, 비교적 박육한 중앙부의 웹(web)으로 이루어지는 대략 H형의 단면 형상으로 이루어져 있다.

상기한 대로, 자동차의 보다 한층 더한 경량화를 위해, 강성 등을 유지하면서, 자동차 바퀴 주변 부품을 한층 더 박육화, 경량화시키기 위해서는, 웹을 한층 더 박육화하고, 또한 필요에 따라 광폭화하고, 리브를 한층 더 폭협화, 후육화하는, 경량화시킨 형상(이하, 경량화 형상이라고도 함)으로 할 필요가 있다. 이 때문에, 이 웹의 두께가 10㎜ 이하인 박육 아암부를 갖는 자동차 바퀴 주변 부품도 채용되기 시작하고 있다.

그리고, 서스펜션 아암 등의 자동차 바퀴 주변 부품에서는, 사용시에, 이러한 리브와 박육 웹이 구성하는 대략 H형의 단면으로 이루어지는 아암부에, 최대의 응력이 부하된다. 이 최대의 응력이 부하되는 아암부의 부위는, 자동차 바퀴 주변 부품의 전체 형상이나, 두께 등의 형상 요건에 따라서도 다르다. 그러나, 다른 조 인트부 등이 아니라, 아암부의, 전체 형상이나 형상 요건에 따라 정해지는 부위에, 최대 응력이 발생한다.

그러나, 이러한 단조품의 경량화의 형상화는, 열간 단조에 있어서의, 단조품의 부위에 따른 가공도의 편차를 크게 한다. 통상, 재가열 없이 복수회 실시되는 기계적 프레스를 이용한 열간 금형 단조 등에 있어서는, 원래, 부위에 따라 열간 단조시의 가공률이 크게 달라지기 쉽다.

이에 따르면, 상기 한층 더 박육화한 웹 부분이나, 한층 더 폭협화, 후육화한 리브 부분의 가공도는, 보다 커지는(혹독해지는) 경향이 된다. 이 때문에, 열간 단조에 있어서의 온도에서는, 상기 한층 더 박육화한 웹 부분이나, 한층 더 폭협화, 후육화한 리브 부분에서는, 파팅 라인(parting line) 및 그 근방에서 재결정한 조대 결정립(결정립의 조대화)이 한층 더 발생하기 쉬워진다고 하는 문제가 있다.

여기서, 강도를 가져야 할, 아암부의 최대 응력 발생 부위인 웹 부분이나 리브 부분의 결정립의 조대화가 발생하기 쉬워지면, 아암부, 나아가서는 자동차 바퀴 주변 부품 전체의 강도를 높게 유지하면서 경량화를 도모하는 것은 곤란해진다. 이러한 점에서, 상기한 대로, 지금까지의 6000계 Al 합금 단조재의 조직에 있어서, 조대 결정립의 발생을 억제하고, 결정립을 미세화시키는 지향 방향만으로는, 경량화 형상한 단조재 자동차 바퀴 주변 부품을 재현성 좋게, 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시키는 것에는 한계가 있는 실정이다.

이러한 사정을 감안하여, 본 발명은, 경량화 형상이더라도, 고강도화, 고인 성화 및 고내식성화시킨 알루미늄합금 단조 부재를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 알루미늄합금 단조재의 요지는, 질량%로, Mg : 0.5~1.25%, Si : 0.4~1.4%, Cu : 0.01~0.7%, Fe : 0.05~0.4%, Mn : 0.001~1.0%, Cr : 0.01~0.35% 및 Ti : 0.005~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 비교적 폭이 좁고 두꺼운 주연부의 리브와 비교적 광폭인 중앙부의 웹으로 이루어지는 대략 H형의 폭 방향 단면 형상의 아암부를 갖는 알루미늄합금 단조재로서, 리브의 최대 응력 발생 부위에서의 폭 방향 단면 조직에 있어서, 최대 응력이 발생하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 정출물 밀도가 평균 면적률로 1.5% 이하이고, 단조시에 발생하는 파팅 라인을 포함하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 각 입계 석출물끼리의 간격이 평균 간격으로 0.7㎛ 이상인 것으로 한다.

또한, 이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 알루미늄합금 단조재는, 상기 요지에 더하여, 또한, 리브의 최대 응력 발생 부위에서의 폭 방향 단면 조직에 있어서, 최대 응력이 발생하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 분산 입자의 사이즈가 평균 직경으로 1200Å 이하임과 아울러, 이들 분산 입자의 밀도가 평균 면적률로 4% 이상이고, 이들 리브의 단면 조직에서 관찰되는 재결정립이 차지하는 면적 비율이 평균 면적률로 10% 이하이며, 또한, 이들 리브의 단면 조직에 인접하는 상기 웹 의 폭 방향의 단면 조직에서 관찰되는 재결정립이 차지하는 면적 비율이 평균 면적률로 20% 이하인 것이 바람직하다.

여기서, 상기한 정출물 밀도는 평균 면적률로 1.0% 이하이며, 상기한 각 입계 석출물끼리의 간격은 평균 간격으로 1.6㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 알루미늄합금 단조재나, 후술하는 알루미늄합금 용탕의 성분 조성에 있어서, 질량%로, Mg : 0.7~1.25%, Si : 0.8~1.3%, Cu : 0.1~0.6%, Fe : 0.1~0.4%, Mn : 0.2~0.6%, Cr : 0.1~0.3% 및 Ti : 0.01~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 질량%로, Mg : 0.9~1.1%, Si : 0.9~1.1%, Cu : 0.3~0.5%, Fe : 0.1~0.4%, Mn : 0.2~0.6%, Cr : 0.1~0.2% 및 Ti : 0.01~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명은, 상기 웹의 두께가 10㎜ 이하로 박육인 알루미늄합금 단조재에 적용되어 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 알루미늄합금 단조재의 제조 방법의 요지는, 상기한 각 요지의, 혹은 후술하는 바람직한 요지의 알루미늄합금 단조재의 제조 방법으로서, 질량%로, Mg : 0.5~1.25%, Si : 0.4~1.4%, Cu : 0.01~0.7%, Fe : 0.05~0.4%, Mn : 0.001~1.0%, Cr : 0.01~0.35% 및 Ti : 0.005~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지거나, 혹은 상기 바람직한 조성을 갖는 알루미늄합금 용탕을 평균 냉각 속도가 100℃/s 이상에서 주조하고, 이 주조한 주괴를 460~570℃의 온도 범위에서 10~1500℃/hr의 승온 속도로 가열하고, 이 온도 범위로 2시간 이상 유지하는 균질화 열처리를 실시한 후에, 40℃/hr 이상의 냉각 속도로 실온까지 냉각하고, 추가로 열간 단조 개시 온도까지 재가열하여, 비교적 폭이 좁고 두꺼운 주연부의 리브와, 얇고 비교적 폭이 넓은 중앙부의 웹으로 이루어지는 대략 H형의 단면 형상의 아암부를 갖는 알루미늄합금 단조재로 열간 금형 단조함과 아울러, 단조 종료 온도를 350℃ 이상으로 하고, 이 열간 단조 후에, 530~570℃의 온도 범위로 20분~8시간 유지하는 용체화 처리를 실시하고, 그 후, 평균 냉각 속도 200~300℃/s의 범위에서 담금질 처리를 행하고, 추가로, 인공 시효 경화 처리하는 것이다.

(발명의 효과)

본 발명에서는, 경량화 형상을 한 알루미늄합금 단조재의 아암부의, 리브의 최대 응력 발생 부위에서의 리브의 상기 각 특정 부위의 폭 방향 단면 조직을, 상기 요지와 같이 규정한다. 또한, 단조 후의 알루미늄합금 단조재의 아암부의, 리브의 최대 응력 발생 부위에 있어서의 리브의 상기 각 특정 부위의 폭 방향 단면 조직을, 상기 요지의 조직이 되도록, 성분 조정 및 제조한다.

또한, 본 발명에서는, 경량화 형상을 한 알루미늄합금 단조재 아암부의, 특히 최대 응력이 발생하는 특정 부위의, 단조 중에 있어서의 리브 부분이나 웹 부분의 결정립의 조대화를 억제한다.

본 발명에서는, 이에 따라, 강도를 가져야 할, 후술하는 아암부의 최대 응력 발생 부위를 고강도화, 고인성화 및 고내식성화 시킨다. 그리고, 특히, 두께가 10 ㎜ 이하로 박육이고 비교적 광폭인 중앙부의 웹으로 이루어지는 대략 H형의 단면의 아암부를 갖는 알루미늄합금 단조재이더라도(경량화 형상한 단조재 알루미늄합금 단조재이더라도), 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시킨다.

도 1은 Al 합금 단조재제 자동차 바퀴 주변 부품을 나타내는 평면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 자동차 바퀴 주변 부품 2 : 아암부

3 : 리브 4 : 웹

5 : 조인트부 6 : 최대 응력 발생 부위(단면 방향)

7, 8, 9 : 시료 채취 부위

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하에, 본 발명의 자동차 바퀴 주변 부품 및 자동차 바퀴 주변 부품의 제조 방법의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다.

(화학 성분 조성)

본 발명의 자동차 바퀴 주변 부품, 또는 바퀴 주변 부품을 구성하는 Al 합금 단조재, 이 단조용 소재인 Al 합금 주조재, 이 주조용 소재인 Al 합금 용탕에 있어서의 Al 합금 화학 성분 조성에 대하여 설명한다.

본 발명의 자동차 바퀴 주변 부품의 Al 합금 화학 성분 조성은, 어퍼 아암, 로어 아암 등의 바퀴 주변 부품으로서, 고강도, 고인성 및 응력 부식 균열 내성 등이 높은 내식성 내지 내구성을 보증할 필요가 있다. 이를 위한 Al 합금 화학 성분 조성은, 질량%로, Mg : 0.5~1.25%, Si : 0.4~1.4%, Cu : 0.01~0.7%, Fe : 0.05~0.4%, Mn : 0.001~1.0%, Cr : 0.01~0.35% 및 Ti : 0.005~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것으로 한다. 또, 각 원소량에 있어서의 %표시는 전부 질량%를 의미한다.

상기 성분 조성에 있어서, 고강도, 고인성 및 응력 부식 균열 내성 등이 높은 내식성 내지 내구성을 보증하기 위해서는, 보다 좁은 조성 범위로서, Mg : 0.7~1.25%, Si : 0.8~1.3%, Cu : 0.1~0.6%, Fe : 0.1~0.4%, Mn : 0.2~0.6%, Cr : 0.1~0.3% 및 Ti : 0.01~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 더 좁은 조성 범위로서, Mg : 0.9~1.1%, Si : 0.9~1.1%, Cu : 0.3~0.5%, Fe : 0.1~0.4%, Mn : 0.2~0.6%, Cr : 0.1~0.2% 및 Ti : 0.01~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

또, 본 발명의 여러 가지 특성을 저해하지 않는 범위에서, 다른 원소를 적절히 포함하는 것은 허용된다. 또한, 용해 원료 스크럽 등으로 인해 필연적으로 혼입되는 불순물도, 본 발명의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용된다. 다음으로 본 발명의 Al 합금 단조재의 각 원소의 함유량에 대하여, 임계적 의의나 바람직한 범위에 대하여 설명한다.

Mg : 0.5~1.25%, 바람직하게는 0.7~1.25%, 보다 바람직하게는 0.9~1.1%.

Mg는 인공 시효 처리에 의해, Si와 함께, 주로 바늘 형상 β'상으로서 결정립 내에 석출되고, 자동차 바퀴 주변 부품 사용시의 고강도(내력)를 부여하기 위해 필수적인 원소이다. Mg의 함유량이 너무 적으면, 인공 시효 처리시의 시효 경화량이 저하한다. 한편, Mg의 함유량이 너무 많으면, 강도(내력)가 너무 높아져, 단조성을 저해한다. 또한, 용체화 처리 후의 담금질 도중에 다량의 Mg₂Si나 단체 Si가 석출되기 쉬워, 도리어, 강도, 인성, 내식성 등을 저하시킨다. 따라서, Mg 함유량은 0.5~1.25%, 바람직하게는 0.7~1.25%, 보다 바람직하게는 0.9~1.1%의 각 범위로 한다.

Si : 0.4~1.4%, 바람직하게는 0.8~1.3%, 보다 바람직하게는 0.9~1.1%.

Si도 Mg와 함께, 인공 시효 처리에 의해, 주로 바늘 형상 β'상으로서 석출되고, 자동차 바퀴 주변 부품 사용시의 고강도(내력)를 부여하기 위해 필수적인 원소이다. Si의 함유량이 너무 적으면, 인공 시효 처리로 충분한 강도를 얻을 수 없다. 한편, Si의 함유량이 너무 많으면, 주조시 및 용체화 처리 후의 담금질 도중에, 조대한 단체 Si 입자가 정출 및 석출되어, 내식성과 인성을 저하시킨다. 또한, 과잉 Si가 많아져, 높은 내식성과 높은 인성, 높은 피로 특성을 얻을 수 없다. 또한 신장도가 낮아지는 등, 가공성도 저해된다. 따라서, Si의 함유량은 Si : 0.4~1.4%, 바람직하게는 0.8~1.3%, 보다 바람직하게는 0.9~1.1%의 각 범위로 한다.

Mn : 0.001~1.0%, 바람직하게는 0.2~0.6%.

Cr : 0.01~0.35%, 바람직하게는 0.1~0.3%, 보다 바람직하게는 0.1~0.2%.

Mn, Cr은, 균질화 열처리시 및 그 후의 열간 단조시에, Fe, Mn, Cr, Si, Al 등이 그 함유량에 따라 선택적으로 결합한 Al-Mn계, Al-Cr계 금속간 화합물인(이루어지는) 분산 입자(분산상)를 생성한다. Al-Mn계, Al-Cr계 금속간 화합물은, Al-(Fe, Mn, Cr)-Si화합물, (Fe, Mn, Cr)₃SiAl₁₂ 등이 대표적으로 예시된다.

Mn, Cr에 의한, 이들 분산 입자는, 제조 조건에도 따르지만, 미세하고 고밀도, 균일하게 분산되어, 재결정 후의 입계 이동을 방해하는 효과가 있으므로, 결정립의 조대화를 방지함과 아울러, 결정립을 미세화시키는 효과가 높다. 또한, Mn은 매트릭스로의 고용에 의한 강도 및 영률(Young's modulus)의 증대도 기대할 수 있다.

Mn, Cr의 함유량이 너무 적으면, 이들의 효과를 기대할 수 없고, 결정립이 조대화하여, 강도나 인성이 저하한다. 한편, 이들 원소의 과잉 함유는 용해, 주조시에 조대 금속간 화합물이나 정출물을 생성하기 쉬워, 파괴의 기점이 되고, 인성이나 피로 특성을 저하시키는 원인이 된다. 이 때문에, Mn, Cr은 함께 함유시킴과 아울러, Mn의 함유량은 0.001~1.0%, 바람직하게는 0.2~0.6%의 각 범위, Cr의 함유량은 0.01~0.35%, 바람직하게는 0.1~0.3%, 보다 바람직하게는 0.1~0.2%의 각 범위로 각각 함유시킨다.

(Zr)

Mn, Cr과 같이 분산 입자(분산상)를 생성하는 Zr의 경우, Ti를 포함하는 경우 등 주조의 조건에 따라서는, 도리어 주괴의 결정립 미세화를 저해하는 요인이 된다. 특히 Zr은, Ti-Zr의 화합물을 생성하여, Ti 혹은 Ti, B의 결정립 미세화를 저해하여, 결정립을 조대화시키는 요인이 된다. 따라서, 본 발명에서는, Zr을 사용하지 않고, 불순물로서 포함되는 Zr의 함유량을 가능한 한 억제한다. 구체적으로는, Zr은 0.15% 미만, 바람직하게는 0.05% 미만으로 한다.

Cu : 0.01~0.7%, 바람직하게는 0.1~0.6%, 보다 바람직하게는 0.3~0.5%.

Cu는 고용 강화에서 강도의 향상에 기여하는 것 외에, 시효 처리에 있어서, 최종 제품의 시효 경화를 현저히 촉진하는 효과도 갖는다. Cu의 함유량이 너무 적으면, 이들 효과가 없다. 한편, Cu의 함유량이 너무 많으면, Al 합금 단조재의 조직의 응력 부식 균열이나 입계 부식의 감수성을 현저히 높여, Al 합금 단조재의 내식성이나 내구성을 저하시킨다. 따라서, Cu의 함유량은 0.01~0.7%, 바람직하게는 0.1~0.6%, 보다 바람직하게는 0.3~0.5%의 각 범위로 한다.

Fe : 0.05~0.4%, 바람직하게는 0.1~0.4%.

Fe는, Mn, Cr과 함께, 분산 입자(분산상)를 생성하고, 재결정 후의 입계 이동을 방해하여, 결정립의 조대화를 방지함과 아울러, 결정립을 미세화시키는 효과가 있다. Fe의 함유량이 너무 적으면, 이들 효과가 없다. 한편, Fe의 함유량이 너무 많으면, Al-Fe-Si 정출물 등의 조대한 정출물을 생성한다. 이들 정출물은, 파괴 인성 및 피로 특성 등을 열화시킨다. 따라서, Fe의 함유량은 0.05~0.4%, 바람직하게는 0.1~0.4%의 각 범위로 한다.

Ti : 0.005~0.1%, 바람직하게는 0.01~0.1%.

Ti는, 주괴의 결정립을 미세화하고, 단조재 조직을 미세한 아결정립으로 하는 효과가 있다. Ti의 함유량이 너무 적으면 이 효과가 발휘되지 않는다. 그러나, Ti의 함유량이 너무 많으면, 조대한 결정석출물을 형성하여, 상기 가공성을 저하시킨다. 따라서, Ti의 함유량은 0.005~0.1%, 바람직하게는 0.01~0.1%의 각 범위로 한다.

이밖에, 이하에 기재하는 원소는 불순물이며, 각각, 이하에 각각 기재하는 함유량까지 허용된다.

수소 : 0.25㎖/100g Al 이하. 수소(H₂)는 불순물로서 혼입하기 쉽고, 특히, 단조재의 가공도가 작아지는 경우, 수소에 기인하는 기포가 단조 등 가공에서 압착되지 않아, 브리스타(blister)가 발생하여, 파괴의 기점이 되므로, 인성이나 피로 특성을 현저히 저하시킨다. 특히, 고강도화한 바퀴 주변 부품 등에 있어서는, 이 수소에 의한 영향이 크다. 따라서, Al 100g당 수소 농도는 0.25㎖ 이하인, 가능한 한 적은 함유량으로 하는 것이 바람직하다.

Zn, V, Hf도 불순물로서 혼입하기 쉽고, 바퀴 주변 부품의 특성을 저해하므로, 이들의 합계로 0.3% 미만으로 한다.

또한, B는 불순물이지만, Ti와 같이, 주괴의 결정립을 미세화하여, 압출이나 단조시의 가공성을 향상시키는 효과도 있다. 그러나, 300ppm을 초과하여 함유되면, 역시 조대한 결정석출물을 형성하여, 상기 가공성을 저하시킨다. 따라서, B는 300ppm 이하의 함유까지 허용한다.

(자동차 바퀴 주변 부품의 최대 응력이 발생하는 특정 부위)

본 발명에서는, 경량화 형상한 단조재 자동차 바퀴 주변 부품의 아암부의 내, 최대 응력이 발생하는 특정 부위에서의, 리브 부분의 조직을 상기 요지와 같이 규정한다. 따라서, 본 발명의 자동차 바퀴 주변 부품에 있어서의 최대 응력이 발생하는 특정 부위의 의미를 우선 설명한다.

우선, 본 발명의 자동차 바퀴 주변 부품의, 경량화 형상으로 한 대표적인 형상을 도 1(a), (b)를 이용하여 설명한다. 도 1(a)는, 자동차 바퀴 주변 부품(1)의 전체 형상과 최대 응력이 발생하는 아암부 특정 부위를 나타내는 평면도, 도 1(b)는 도 1(a)의 A-A선 단면도(최대 응력이 발생하는 아암부 특정 부위의 폭 방향의 단면도)이다.

도 1(a)에 있어서, 자동차 바퀴 주변 부품(1)은, 이 같은 형상으로 니어 넷 쉐이프(near-net-shape)로 단조된 알루미늄합금 단조재로 이루어진다. 자동차 바퀴 주변 부품(1)은, 대강 도 1(a)에 나타내는 대략 삼각형의 전체 형상으로 이루어지고, 각 삼각형의 정점 부분에, 볼 조인트 등의 조인트부(5a, 5b, 5c)를 갖고 있고, 이들을 아암부(2a, 2b)와 각각 연결한 형상을, 자동차 바퀴 주변 부품은 공통하여 갖고 있다. 아암부(2a, 2b)는, 그 폭 방향의 각 주연부(양측단부)에, 아암부의 각 긴 방향에 걸쳐 길재 존재하는 리브를 반드시 갖는다. 아암부(2a)는 리브(3a, 3b)를 갖고, 아암부(2b)는 리브(3a, 3c)를 갖고 있다. 또한, 아암부(2a, 2b)는, 그 폭 방향의 각 중앙부에, 아암부의 각 긴 방향에 걸쳐 길재 존재하는 웹을 반드시 갖는다. 아암부(2a)는 웹(4a)을 갖고, 아암부(2b)는 웹(4b)을 갖고 있다.

여기서, 각 리브(3a, 3b, 3c)는, 자동차 바퀴 주변 부품에서는 공통하여, 비교적 폭이 좁고, 두께가 두껍다. 이에 비하여, 각 웹(4a, 4b)은, 자동차 바퀴 주변 부품에서는 공통하여, 리브(3a, 3b, 3c)보다 박육하고, 두께가 10㎜ 이하이고 비교적 광폭이다. 이 때문에, 아암부(2a, 2b)는, 그 폭 방향의 단면에서는, 자동차 바퀴 주변 부품에서는 공통하여, 대략 H형의 단면 형상을 갖고 있다. H형의, 양 세로 벽 부분이 리브(3a, 3b, 3c)를, 중앙의 가로 벽 부분이 웹(4a, 4b)을 의미한다.

이상과 같은 전체 구조나 형상을 전제로 하여, 자동차 바퀴 주변 부품에서는, 사용 중에 최대 응력이 발생하는(최대 응력이 부하되는) 특정 부위가, 리브부의 볼 조인트부측이 되도록, 아암부(2a, 2b)와 볼 조인트부(5a, 5b, 5c)를 구조 설계한다. 이 최대 응력 발생 부위는, 물론, 이 구조 설계 조건에 따라 다르지만, 모두 리브부의 볼 조인트부측에 필연적이 된다.

도 1의 자동차 바퀴 주변 부품에서는, 사용 중에 최대 응력이 발생하는(최대 응력이 부하되는) 특정 부위는, 도 1(a)의 사선으로 나타내는, 리브부의 볼 조인트부측의 긴 방향으로 길게 존재하는 사선부이다. 즉, 이 도 1(a)의 예에서는, 사선으로 나타내는, 볼 조인트부(5a)측의 아암부(2a)에서의 한 쪽, 리브(3a)와 웹(4a)을 부분적으로 포함하는 부위이다. 그리고, 또한, 이 아암부의 부분에 있어서의 폭 방향 단면에서의 최대 응력 발생 부위는, 단면에서 균일이 아니라, 도 1(b)에 ○로 둘러싸 나타내는, 리브(3a)의 상단측의 6a 부분이다. 또한, 사용 중에 최대 응력이 발생하는 특정 부위가 리브(3a) 뿐만 아니라, 리브(3b)측에도 미치는 경우에는, 도 1(b)에 ○로 둘러싸 나타내는, 리브(3b)의 상단측의 6b도 사용 중에 최대 응력이 발생하는 부위가 된다.

자동차 바퀴 주변 부품에서는, 물론, 다른 부재와의 조인트부(5a, 5b, 5c) 등에도 큰 응력이 발생하지만(부하되지만), 최대 응력이 아니다. 자동차 바퀴 주변 부품에 있어서의 최대 응력은, 반드시, 도 1(a)와 같이, 아암부의 전체 형상이나 형상 요건에 따라 정해지는, 특정한 리브부의 볼 조인트부측 부위에 최대 응력이 발생한다.

여기서, 강도를 가져야 할, 아암부의 최대 응력 발생 부위의 특히 리브 부분, 혹은 이 리브 부분을 포함한 웹 부분에, 결정립의 조대화가 발생하기 쉬워지면, 아암부, 나아가서는 자동차 바퀴 주변 부품 전체적으로 강도를 높게 유지하면서 경량화를 도모하는 것은 곤란해진다.

이 때문에, 본 발명에서는, 도 1(a)에 사선으로 나타내는, 최대의 응력이 부하되는 아암부의 특정 부위(볼 조인트부(5a)측의 아암부(2a)에서의 한 쪽 : 리브(3a)와 웹(4a)을 양자 모두 각각 부분적으로 포함하는 부위)의 조직을 상기 요지와 같이 규정한다. 또, 제조 가능하면, 이 최대의 응력이 부하되는 아암부의 특정 부위뿐만 아니라, 바람직하게는 아암부(2a, 2b) 전체의 조직을 상기 요지와 같이 하는 것이 바람직하다.

(조직)

본 발명에서는, 자동차 바퀴 주변 부품에 있어서의, 상기 도 1에 있어서 설명한 아암부의 최대 응력 발생 부위인, 리브(3a) 조직의, 정출물, 입계 석출물을 각각 규정한다. 그리고, 바람직하게는, 금속간 화합물인 분산 입자, 재결정 비율을 또한 각각 규정한다. 또한, 바람직하게는, 아암부의 최대 응력 발생 부위에 있어서의 웹(4a) 조직의 재결정 비율을 또한 규정한다. 단, 리브(3a) 조직의 정출물은 폭 방향 단면에 있어서의 최대 응력 발생 부위의 조직에 따라 규정한다. 또한, 리브(3a) 조직의 입계 석출물, 분산 입자는, 폭 방향 단면에 있어서의 파팅 라인의 조직에 있어서 규정한다. 또한, 리브(3a) 조직이나 웹(4a) 조직의 재결정 비율은, 최대 응력 발생 부위의 폭 방향 단면에 있어서 규정한다.

(정출물)

본 발명에서는, 최대 응력이 부하되는 아암부(2a)에서의 폭 방향 단면 조직의 정출물을, 폭 방향 단면에서의 최대 응력이 부하되는 부위인, 도 1(b)에 ○로 둘러싼 리브(3a)의 상단측의 6a 부분에서 규정한다. 또, 상기한 대로, 사용 중에 최대 응력이 발생하는 특정 부위가 리브(3a) 뿐만 아니라, 리브(3b)측에도 미치는 경우에는, 도 1(b)에 ○로 둘러싸 나타내는, 리브(3b)의 상단측의 6b도 정출물 규정 부위로 한다. 본 발명에서는, 이러한 최대 응력이 부하되는 아암부(특히 리브부)에 있어서, 극히 특정한 부위에 있어서의 조대한 정출물을 억제하여, 파괴의 기점이 되는 정출물을 억제하고, 자동차 바퀴 주변 부품의 인성을 향상시킨다.

여기서, 본 발명에서 말하는 정출물이란 Al-Fe-Si계 정출물이다. 상기한 대로, Fe의 함유량이 너무 많으면, 이 Al-Fe-Si계 정출물 등, 파괴 인성 및 피로 특성 등을 열화시키는 조대한 정출물을 생성한다. 그러나, Fe는 불순물로서, 스크럽 등의 용해 원료로부터, 특히 혼입하기 쉬운 원소이다. 이 때문에, 보통의 불순물 레벨 정도의 함유량이라도, 이 Al-Fe-Si계 정출물 등의 조대한 정출물을 생성할 가능성이 높아진다.

이 때문에, 본 발명에서는, Al-Fe-Si계 정출물의 밀도를 규정하여, 상기 조직에 있어서의 Al-Fe-Si계 정출물 등의 조대한 정출물을 억제한다. 즉, 상기 조직에 있어서의 Al-Fe-Si 정출물은, 평균 면적률로 1.5% 이하, 바람직하게는 1.0% 이하로 한다. 상기 조직의, Al-Fe-Si계 정출물의 평균 면적률이 1.5% 이하, 바람직하게는 1.0% 이하를 초과한 경우, 조대한 정출물이 생성되고 있어, 자동차 바퀴 주변 부품의 파괴 인성 및 피로 특성 등을 열화시킨다.

(정출물의 평균 면적률 측정)

여기서, Al-Fe-Si계 정출물의 평균 면적률은, 폭 방향 단면에서의 최대 응력이 부하되는 부위인, 상기 도 1(b)에 ○로 둘러싼 리브(3a)의 상단측의 6a 부분을 포함하는 7의 부위의 폭 방향 단면 조직을 관찰한다. 보다 구체적으로는, 배율 500배의 SEM(주사형 전자 현미경)으로, 관찰 면적이 합계로 0.2㎟이 되도록, 상기 부분 내의 복수 부분을 관찰하여 촬영하고, 얻어진 화상을 디지털 처리하여 산출했다. 측정에 재현성을 갖게 하기 위해, 이들의 관찰은 임의의 측정 부분 10부분에 대하여 행하고, 이들을 평균화하여 평균 면적률을 산출하는 것으로 한다.

(입계 석출물)

본 발명에서는, 입계 석출물을, 최대 응력이 부하되는 아암부(2a)에서의 폭 방향 단면 조직의 내, 도 1(b)의 리브(3a)의 파팅 라인 PL(을 포함하는) 부위인 8의 부분으로 규정한다. 또, 상기한대로, 사용 중에 최대 응력이 발생하는 특정 부위가 리브(3a)뿐만 아니라, 리브(3b)측에도 미치는 경우에는, 리브(3a)의 8에 상당하는 리브(3b)의 파팅 라인 PL(을 포함하는) 부위도 입계 석출물 규정 부위로 한다.

도 1(b)에 나타내는, 이 파팅 라인 PL은, 형틀 분할 면으로, 위쪽 형틀과 아래쪽 형틀의 금형을 이용한 열간 금형 단조에 있어서는, 양 금형의 경계로 할 수 있는 경계면(분할하는 면)으로서, 필연적으로 발생한다. 가령, 상기한 최대 응력이 부하 부위인, 도 1(b)의 리브(3b)의 상단측(6b)에, 정출물을 기점으로 한 파괴가 발생한 경우에는, 파괴는 이 파팅 라인 PL을 향하여 입계를 전파한다. 이 파팅 라인 PL로 향하는 파괴의 입계 전파는, 입계 석출물의 존재에 따라 크게 변한다. 즉, 본 발명에서는, 최대 응력이 부하되는 아암부(특히 리브부)에 있어서의 입계상의 석출물을 저감함으로써, 파괴의 입계 전파를 저지 내지 억제하여, 자동차 바퀴 주변 부품의 파괴 인성 및 피로 특성을 향상시킨다.

본 발명에서 말하는 입계 석출물이란 Mg₂Si나 단체 Si이다. Mg₂Si는, 본 발명에서는, 주로 β'상으로서 결정립 내에 석출시켜, 자동차 바퀴 주변 부품의 고강도(내력)를 부여한다. 그러나, 이 Mg₂Si나 단체 Si가 입계에 석출되면, 파괴의 기점이 되어, 상기 파팅 라인 PL로 향하는 파괴의 입계 전파를 조장하여, 자동차 바퀴 주변 부품의 파괴 인성 및 피로 특성 등을 열화시킨다.

또, Mg나 Si의 함유량을 상기한 규정 범위 내에서 적정하더라도, 통상의 제조 공정에서는, 주조, 균질화 열처리, 열간 단조, 용체화 처리 및 담금질 처리 등의 열 이력에 있어서, 승온 속도나 냉각 속도가 너무 작은 경우에, Mg₂Si나 단체 Si가 입계에 조대하게 혹은 치밀하게 석출되기 쉬워진다.

이 때문에, 본 발명에서는, 최대 응력이 부하되는 아암부(2a)에서의 폭 방향 단면 조직의 내, 도 1(b)의 리브(3a)의 파팅 라인 PL(을 포함하는) 부위인 8의 부분에서 입계 석출물을 규정한다. 즉, 이 조직 입계에서의 Mg₂Si나 단체 Si 등의 입계 석출물끼리의 평균 간격을 0.7㎛ 이상, 바람직하게는 1.6㎛ 이상으로 넓게 함으로써, 입계상의 석출물을 저감한다. 상기 조직의, Mg₂Si나 단체 Si끼리의 평균 간격이 0.7㎛ 미만, 바람직하게는 1.6㎛ 미만인 경우, 이들 입계 석출물이 입계에 조대하게 또는 치밀하게 석출되어, 자동차 바퀴 주변 부품의 파괴 인성 및 피로 특성 등을 열화시킨다.

(입계 석출물의 측정)

여기서, 입계 석출물의 평균 간격은, 도 1(b)의 리브(3a)의 파팅 라인 PL(을 포함하는) 부위인 8의 부분의 조직(폭 방향 단면 조직)을, 배율 20000배의 TEM(투과형 전자 현미경)으로 10시야 관찰하여, 입계의 길이 l당 입계 석출물의 개수 n으로부터 l/n을 산출했다. 측정에 재현성을 갖게 하기 위해, 이들의 관찰은 임의의 측정 부분 10부분에 대하여 행하고, 이들을 평균화하여 평균 면적률을 산출하는 것으로 한다.

(분산 입자)

본 발명에서는, 바람직하게는 분산 입자도, 상기 입계 석출물과 같이, 최대 응력이 부하되는 아암부(2a)에서의 폭 방향 단면 조직의 내, 도 1(b)의 리브(3a)의 파팅 라인 PL(을 포함하는) 부위인 8의 부분에서 규정한다. 또, 상기한 대로, 사용 중에 최대 응력이 발생하는 특정 부위가 리브(3a)뿐만 아니라, 리브(3b)측에도 미치는 경우에는, 리브(3a)의 8에 상당하는 리브(3b)의 파팅 라인 PL(을 포함하는) 부위도 입계 석출물 규정 부위로 한다.

이 파팅 라인 PL에서는, 단조에 있어서의 가공률이 가장 커져, 재결정하기 쉬운 부위이다. 이 때문에, 이 가장 재결정하기 쉬운 부위의 재결정을 저지하는 것이 중요해진다. 따라서, 본 발명에서는, 이 가장 재결정하기 쉬운 부위에 있어서의, 재결정을 억제하는 분산 입자를 규정하여, 재결정을 억제하여, 재결정에 의한 결정립의 조대화를 억제한다. 이에 따라, 최대 응력이 부하되는 아암부(특히 리브부)에 있어서의 재결정화, 결정립의 조대화에 따른 입계 파단을 억제하여, 자동차 바퀴 주변 부품의 강도, 인성을 향상시킨다.

본 발명에서 말하는 분산 입자란 Al-Mn계, Al-Cr계, Al-Zr계의 금속간 화합물이다. 이들 분산 입자는, 상기한 대로, 미세하고 고밀도, 균일하게 분산되면, 재결정 후의 입계 이동을 방해하는 효과가 있으므로, 결정립의 재결정화나 조대화를 방지함과 아울러, 결정립을 미세화시키는 효과가 높다. 그러나, 통상의 제조 공정에서는, 주조, 균질화 열처리, 열간 단조, 용체화 처리 및 담금질 처리 등의 열 이력에 있어서, 승온 속도나 냉각 속도가 너무 작은 경우에, 제조 조건에 따라서는, 조대화하기 쉽다. 이 때문에, 재결정 억제(결정립 미세화) 효과를 잃어, 도리어, 자동차 바퀴 주변 부품의 파괴 인성 및 피로 특성을 열화시킬 가능성도 있다.

이 때문에, 본 발명에서는, 상기 조직에 있어서의 상기 분산 입자를 미세, 균일하게 분산시키도록 하고, 조대화시키지 않기 위해, 분산 입자의 사이즈로서 평균 직경과, 밀도로서 평균 면적률을 규정하는 것이 바람직하다. 즉, 상기한 리브(3a) 조직의 정출물, 입계 석출물의 각 규정과 같이 필수적이지는 않지만, 바람직하게는, 상기 분산 입자의 평균 직경이 1200Å 이하이고, 상기 분산 입자의 밀도가 평균 면적률로 4% 이상인 것으로 한다.

상기 조직의, 상기 분산 입자의 평균 직경이 1200Å을 초과하거나, 상기 분산 입자의 밀도가 평균 면적률로 4%를 하회하거나 하는 경우, 미세하고 균일하게 분산시킬 수 없다. 이 때문에, 자동차 바퀴 주변 부품의 파괴 인성 및 피로 특성 등을 열화시킬 가능성이 있다.

(분산 입자의 측정)

여기서, 분산 입자의 평균 직경과 평균 면적률은, 도 1(b)의 리브(3a)의 파팅 라인 PL(을 포함하는) 부위인 8의 부분의 조직(폭 방향 단면 조직)을, 배율 20000배의 TEM(투과형 전자 현미경)으로 10시야 관찰한다. 이것을 화상 해석하여, 각 분산 입자의 최대 길이를 직경으로 하여, 관찰되는 분산 입자에서의 이 최대 길이의 평균을 분산 입자의 평균 직경으로서 산출한다. 또한, 같은 화상 해석에 의해, 관찰되는 분산 입자의 합계 면적을 구하고, 이것의 관찰 시야 면적에 대한 비율을 산출하여, 분산 입자의 평균 면적률로 한다. 측정에 재현성을 갖게 하기 위해, 이들 관찰은 임의의 측정 부분 10부분에 대하여 행하고, 이들을 평균화하여 산출하는 것으로 한다.

(재결정 면적 비율)

본 발명에서는, 최대 응력이 부하되는 아암부(2a)에서의 폭 방향 단면 조직의 내, 상기한 가장 재결정하기 쉬운 파팅 라인 PL 부위를 포함하는, 도 1(b)의 리브(3a)의 폭 방향 단면에 있어서의 조직 전반과, 이에 인접하는 웹(4a)의 폭 방향 단면에 있어서의 조직 전반의 두 부위의 재결정립이 차지하는 면적 비율(재결정 면적 비율이라고도 함)을 규제하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 리브와 웹을 합친 아암부의 재결정 면적 비율을 규제하는 것이 바람직하다.

웹(4a)에서도, 리브(3a)와 같이, 파팅 라인 PL 부위를 포함하고 있어, 재결정하기 쉽다. 그리고, 이 웹의 결정립의 크기(재결정 면적 비율)도 피로 강도에 크게 영향을 준다. 또한, 웹은 리브와는 단조의 가공도가 다른 까닭에, 리브의 재결정 면적 비율이, 리브의 그것과 다를 가능성이 높다. 따라서, 최대 응력이 부하되는 아암부의 재결정 면적 비율을 규정하는 경우에는, 웹과 리브의 양쪽을 규정할 필요가 있다.

이에 따라, 최대 응력이 부하되는 아암부(특히 리브부와 웹부)에 있어서의 재결정을 억제하여 아결정립을 늘리고, 결정립을 10㎛ 이하 정도로 미세화시켜, 이 아암부에서의 입계 파단을 억제하여, 자동차 바퀴 주변 부품의 강도, 인성을 향상시키는 것이 바람직하다.

리브의 규정 부위는, 도 1(b)의 리브(3a)의 폭 방향 단면에 있어서의 조직 전반으로서는, 폭 방향 단면에서의 최대 응력이 부하되는 부위인, 상기 도 1(b)에 ○로 둘러싼 리브(3a)의 상단측의 6a 부분을 포함하는 7과, 상기한 가장 재결정하기 쉬운 파팅 라인 PL 부위를 포함하는 8의 각 부분의 2부분으로 규정(측정)한다. 즉, 이들 측정 2부분 7, 8의 재결정립이 차지하는 면적 비율을, 리브의 폭 방향 단면에 있어서의 조직 전반에 있어서의 조직을 대표하여, 평균 면적률로 10% 이하로 규제하여, 아결정립을 늘리고, 평균 결정립을 10㎛ 이하 정도로 미세화시킨다. 이에 따라, 리브부의 입계 파단을 억제하여, 자동차 바퀴 주변 부품의 강도, 인성을 향상시킨다.

또한, 웹의 규정 부위는, 도 1(b)의 웹(4a)의 폭 방향 단면에 있어서의 조직 전반으로서는, 상기한 가장 재결정하기 쉬운 파팅 라인 PL 부위를 포함하는 9의 부위로 규정(측정)한다. 즉, 이들 측정 2부분 9의 재결정립이 차지하는 면적 비율을, 웹의 폭 방향 단면에 있어서의 조직 전반에 있어서의 조직을 대표하여, 평균 면적률로 20% 이하로 규제하여, 아결정립을 늘리고, 평균 결정립을 10㎛ 이하 정도로 미세화시킨다. 이에 따라, 웹의 입계 파단을 억제하여, 자동차 바퀴 주변 부품의 강도, 인성을 향상시킨다.

(재결정 면적 비율의 측정)

재결정이 차지하는 면적 비율은, 리브 및 웹의 상기 각 관찰 부위(단면 조직) 시료를 0.05~0.1㎜ 기계 연마한 후 전해 에칭하여 경면화한 표면을, 400배 정도의 광학 현미경으로 관찰하여 화상 처리하고, 관찰 시야 면적에 대한 재결정 면적의 비율을 산출한다. 재결정립은 사이즈가 크므로, 빛을 반사하기 쉬워 색이 연하고, 그 밖의 아결정을 포함한 결정립은 사이즈가 작으므로 색이 짙다. 이에 따라, 상기한 서로의 사이즈의 차이와 아울러, 이 색의 농담의 차이에 의해 식별 가능하여, 화상 처리가 가능하다. 측정에 재현성을 갖게 하기 위해, 이들의 관찰은 임의의 측정 부분 10부분에 대하여 행하고, 이들을 평균화하여 산출하는 것으로 한다.

이상의 조직 규정에 의해, 특히 최대 응력 발생 부위인 아암부의 리브 부분이나 웹 부분(요는 아암부의 최대 응력 발생 부위)을 고강도화, 고인성화시킨다. 그리고, 두께가 10㎜ 이하로 박육이고 비교적 광폭인 중앙부의 웹으로 이루어지는 대략 H형의 단면의 아암부를 갖는 자동차 바퀴 주변 부품이더라도(경량화 형상한 단조재 자동차 바퀴 주변 부품이더라도), 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시킨다.

(제조 방법)

다음으로, 본 발명에 있어서의 Al 합금 단조재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서의 Al 합금 단조재의 제조 공정 자체는, 통상적 방법에 의해 제조가 가능하다. 단, 경량화 형상한 단조재 자동차 바퀴 주변 부품이더라도, 상기한 조직을 갖는 자동차 바퀴 주변 부품으로 하여, 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시키기 위해서는, 이하에 설명하는 각 제조 공정에 있어서의, 특정 조건에서의 제조가 필요해진다.

(주조)

상기 특정 Al 합금 성분 범위 내로 용해 조정된 Al 합금 용탕을 주조하는 경우에는, 연속 주조 압연법, 반연속 주조법(DC 주조법), 핫 탑 주조법 등의 통상의 용해 주조법을 적절히 선택하여 주조한다.

단, 상기 특정 Al 합금 성분 범위로 이루어지는 알루미늄합금 용탕을 주조할 때에는, 자동차 바퀴 주변 부품의 상기 아암부의 적어도 최대 응력 발생 부위의 조직(최대 응력 발생 부위의 리브(3a)의 조직, 또는 리브(3a)와 웹(4a)의 양 조직, 이하 같은 의미)에 있어서의 Al-Fe-Si 정출물의 미세화와, 덴드라이트 2차 아암 간격(DAS)을 20㎛ 이하로 미세화시키기 위해, 평균 냉각 속도를 100℃/s 이상으로 한다.

주조시의 평균 냉각 속도가 100℃/s 미만으로 너무 작은 경우에는, 자동차 바퀴 주변 부품의 상기 아암부의 적어도 최대 응력 발생 부위의 조직에 있어서의 Al-Fe-Si 정출물이 조대화하여, 평균 면적률로 0.1% 이하로 할 수 없게 된다. 또한, 덴드라이트 2차 아암 간격(DAS)을 20㎛ 이하로 촘촘하게 할 수 없어, DAS가 커진다. 이들의 결과, 경량화 형상한 단조재 자동차 바퀴 주변 부품에서는, 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시킬 수 없다.

(균질화 열처리)

주조한 주괴의 균질화 열처리는, 460~570℃, 바람직하게는 460~520℃의 온도 범위로, 10~1500℃/hr, 바람직하게는 20~1000℃/hr의 승온 속도로 가열하여, 이 온도 범위로 2시간 이상 유지한다. 그리고, 또한, 균질화 열처리 후의 냉각 속도는 40℃/hr 이상으로 하고, 이 냉각 속도로 일단 실온까지 냉각한다.

균질화 열처리시의 승온 속도가 너무 빠르거나 혹은 너무 느려도, 분산 입자가 조대화하여, 미세 균일 분산할 수 없어, 미세 균일 분산에 의한 결정립 미세화 효과가 손상된다.

균질화 열처리 온도가 너무 높으면, 정출물은 용해되기 쉽지만, 분산 입자가 조대화하여 미세 균일 분산할 수 없어, 미세 균일 분산에 의한 결정립 미세화 효과가 손상된다. 한편, 균질화 열처리 온도가 너무 낮으면, 정출물의 용해가 부족하여, 조대한 정출물이 잔존하고, 자동차 바퀴 주변 부품을 고강도화, 고인성화하는 것이 어려워진다.

이 균질화 열처리 온도 범위에서의 유지 시간이 2시간 미만에서는, 균질화 시간이 부족하고, 정출물의 용해가 부족하여, 조대한 정출물이 잔존하여, 자동차 바퀴 주변 부품을 고강도화, 고인성화하는 것이 어려워진다.

균질화 열처리 후의 냉각 속도가 40℃/hr 미만에서는, 용체화 처리 전에 Mg₂Si가 결정립 내에 석출되어 버린다. 이 때문에, 용체화 처리로 석출시키는 Mg₂Si가 부족하여, 결과적으로 용체화 처리가 불충분해져, 자동차 바퀴 주변 부품을 고강도화, 고인성화하는 것이 어려워진다.

(열간 단조)

균질화 열처리 후에, 상기 냉각 속도로 일단 실온까지 냉각된 주괴는, 열간 단조 개시 온도까지 재가열된다. 그리고, 기계적 프레스에 의한 단조나 유압 프레스에 의한 단조 등에 의해 열간 단조하여, 자동차 바퀴 주변 부품의 최종 제품 형상(니어 넷 쉐이프)으로 단조 가공된다. 이 형상이란, 상기한 경량화 형상이며, 비교적 폭이 좁고 두꺼운 주연부의 리브와, 두께가 10㎜ 이하로 박육이고 비교적 광폭인 중앙부의 웹으로 이루어지는 대략 H형의 단면 형상의 아암부를 갖는 자동차 바퀴 주변 부품으로 가공된다.

이 열간 단조시의 종료 온도는 350℃ 이상으로 하고, 단조 개시 온도는, 특별히 재가열 없이, 복수회 행해지는 열간 단조의 횟수 등의 조건에 따라, 종료 온도를 350℃ 이상으로 할 수 있는 온도로 한다. 자동차 바퀴 주변 부품은, 특별히 재가열 없이, 거친 단조, 중간 단조, 마무리 단조와, 열간 단조가 복수회 행해지고, 열간 단조 개시 온도가 350℃ 미만이면, 종료 온도를 350℃ 이상의 보다 고온으로 보증하는 것이 곤란해진다.

열간 단조시의 종료 온도가 350℃ 미만에서는, 분산 입자가 미세하게 균일 분산할 수 없으므로, 자동차 바퀴 주변 부품의 아암부의 최대 응력 발생 부위에 있어서의 Al 합금의 평균 결정 입경을, 경량화 형상한 단조재 자동차 바퀴 주변 부품이더라도, 50㎛ 이하로 미세화할 수 없게 된다. 또한, 아결정립의 비율도 작아진다. 이 결과, 자동차 바퀴 주변 부품을 고강도화, 고인성화 및 고내식성화할 수 없어진다.

이 분산 입자의 효과를 보증하기 위해, 열간 단조시에, 가열하는 경우에는, 승온 속도를 100℃/hr 이상으로 빠르게 하고, 또한, 열간 단조 종료 후의 냉각 속도는 100℃/hr 이상으로 빠르게 하는 것이 바람직하다.

(조질 처리)

이 열간 단조 후에, 자동차 바퀴 주변 부품으로서 필요한 강도 및 인성, 내식성을 얻기 위한 T6, T7, T8 등의 조질 처리를 적절히 행한다. T6은, 용체화 및 담금질 처리 후, 최대 강도를 얻는 인공 시효 경화 처리이다. T7은, 용체화 및 담금질 처리 후, 최대 강도를 얻는 인공 시효 경화 처리 조건을 초과한 과잉 시효 경화 처리이다. T8은, 용체화 및 담금질 처리 후, 냉간 가공을 행하고, 또한 최대 강도를 얻는 인공 시효 경화 처리이다.

이 조질 처리에 의해, 상기 아암부의 적어도 최대 응력 발생 부위의 조직을 본 발명에서 규정하는 바와 같이 최종적으로 최적화한다. 즉, Al-Fe-Si 정출물의 밀도가 평균 면적률로 1.0% 이하, 각 Mg₂Si 입계 석출물의 최대 직경의 평균이 2㎛ 이하이고, 각 Mg₂Si 입계 석출물끼리의 평균 간격이 1.6㎛ 이상, Al-Mn계 혹은 Al-Cr계 금속간 화합물인 분산 입자의 평균 직경이 1200Å 이하이고, 밀도가 평균 면적률로 5% 이하인 것으로 한다.

또, 용체화 및 담금질 처리 후의 인공 시효 경화 처리의 차이에 있어서, T7 조질재에서는, 과잉 시효 경화 처리이므로, 입계상에 석출되는 β상의 비율이 높아진다. 이 β상은 부식 환경하에서 용출되기 어렵고, 입계 부식 감수성을 낮게 하고, 응력 부식 균열 내성을 높인다. 한편, 상기 조질 처리 중, T6 조질재에서는, 최대 강도를 얻는 인공 시효 경화 처리이며, β'상이 대부분 석출된다. 이 β'상은 부식 환경하에서 용출되기 쉽고, 입계 부식 감수성을 높게 하고, 응력 부식 균열 내성을 낮춘다. 따라서, Al 합금 단조재를 상기 T7 조질재로 함으로써, 내력은 약간 낮아지지만, 다른 조질 처리에 비하여, 내식성은 보다 높아진다.

용체화 처리는, 530~570℃의 온도 범위에 20분~8시간 유지한다. 이 용체화 처리 온도가 너무 낮든지, 혹은 시간이 너무 짧으면, 용체화가 부족하여, Mg₂Si의 고용이 불충분해져, 강도가 저하한다. 또한, 용체화 처리 온도까지 가열하는 경우에는, 분산 입자의 조대화를 방지하고, 그 효과를 보증하기 위해, 승온 속도를 100℃/hr 이상으로 빠르게 하는 것이 바람직하다.

이 용체화 처리 후, 평균 냉각 속도가 200~300℃/s의 범위에서 담금질 처리를 행한다. 이 평균 냉각 속도를 확보하기 위해서는, 담금질 처리시의 냉각은 수냉에 의해 행하는 것이 바람직하다. 이 담금질 처리시의 냉각 속도가 낮아지면, 입계상에 Mg₂Si, Si 등이 석출되어, 인공 시효 후의 제품에 있어서, 입계 파괴가 발생하기 쉬워져, 인성 및 피로 특성을 낮게 한다. 또한, 냉각 도중에, 입자 내에도, 안정상 Mg₂Si, Si가 형성되어, 인공 시효시에 석출되는 β상, β'상의 석출량이 감소하므로, 강도가 저하한다.

단, 한편으로, 냉각 속도가 높아지면, 담금질 변형량이 많아져, 담금질 후에, 교정 공정이 새롭게 필요해지거나, 교정 공정의 공정 수가 늘어나는 문제도 새롭게 발생한다. 또한 잔류 응력도 높아져, 제품의 치수, 형상 정밀도가 저하되는 문제도 새롭게 발생한다. 이 점에서, 제품 제조 공정을 단축하고, 저비용화하기 위해서는, 담금질 변형이 완화되는 50~85℃의 온탕 담금질이 바람직하다. 여기서, 온탕 담금질 온도가 50℃ 미만에서는 담금질 변형이 커지고, 85℃를 초과하면 냉각 속도가 너무 낮아져, 인성 및 피로 특성, 강도가 낮아진다.

용체화 및 담금질 처리 후의 인공 시효 경화 처리는, 530~570℃의 온도 범위와, 20분~8시간의 유지 시간의 범위로부터, 상기 T6, T7, T8 등의 조질 처리의 조건을 선택한다.

또, 상기한, 균질화 열처리, 용체화 처리에는 공기로, 유도 가열로, 초석로 등이 적절히 이용된다. 또한, 인공 시효 경화 처리에는 공기로, 유도 가열로, 오일 수조(oil bath) 등이 적절히 이용된다.

본 발명의 자동차 바퀴 주변 부품은, 이들 조질 처리의 전후에, 자동차 바퀴 주변 부품으로서 필요한, 기계 가공이나 표면 처리 등이 적절히 실시되더라도 좋다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니며, 상ㆍ하기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

다음으로 본 발명의 실시예를 설명한다. 조건을 바꾸어 다양하게 제조한 각 자동차 바퀴 주변 부품(단조재)의 조직, 기계적 특성, 내식성을 측정하여, 평가했다.

표 1에 나타내는 합금 번호 A~R 및 S~Y의 화학 성분 조성의 Al 합금 주괴(Al 합금 주조재, 모두 직경 Φ82㎜의 주조봉)를, 반연속 주조법에 의해, 표 2에 나타 내는 비교적 고속의 냉각 속도로 주조했다. 표 1에 나타내는 합금 번호 중, A~C 및 D, F, H, L, M, N, Q는 발명예, E, G, I, J, K, O, P, R 및 S~Y는 비교예이다. 또, 표 1에 나타내는 각 Al 합금예의, 기타 불순물 함유량에 대하여, Zr 등 특정한 불순물 함유량이 너무 높은 비교예 P를 제외하고, 각 Al 합금예의 Zn, V, Hf는 합계로 0.2% 미만, B는 300ppm 이하였다. 또한, 각 Al 합금예의, 100g의 Al 중의 수소 농도는 모두 0.10~0.15㎖이었다.

이들 화학 성분 조성의 각 Al 합금 주괴의 외표면을 두께 3㎜로 면삭하여, 길이 500㎜로 절단 후, 각각 표 2, 3에 나타내는 각 조건으로, 균질화 열처리, 기계적 프레스를 이용한 열간 금형 단조, 용체화 담금질 처리, 시효 경화 처리를 행하여, 도 1에 나타낸 형상의 자동차 바퀴 주변 부품을 제조했다. 여기서, 균질화 열처리는, 승온 속도, 냉각 속도, 균질화 온도에서의 유지 시간을 각각 변화시켰다. 열간 단조는 종료 온도를 변화시켰다. 용체화 담금질 처리는, 용체화 온도, 용체화 온도에서의 유지 시간, 냉각 속도를 각각 변화시켰다. 시효 경화 처리는, 시효 온도, 시효 온도에서의 유지 시간을 각각 변화시켰다.

제조한 자동차 바퀴 주변 부품은, 두께가 30㎜인 비교적 폭이 좁은 주연부의 리브(3a, 3b, 3c)와, 두께가 10㎜이고 비교적 광폭인(폭 : 60㎜) 중앙부의 웹(4a, 4b)으로 이루어지는 대략 H형의 단면 형상의 아암부(2a, 2b)를 갖고 있었다.

여기서, 균질화 열처리시의 냉각 속도는, 로를 나간 후의 냉각 팬의 사용의 유무에 따라 제어했다. 냉각 속도가 100℃/hr인 것은 팬을 사용하여 강제 공냉하고, 20℃/hr인 것은 통상적 방법대로 팬을 사용하지 않고서 방냉했다.

기계적 프레스를 이용한 단조는, 상하 금형을 이용하여, 플래쉬 랜드의 간극 1.5~3㎜에서, 재가열 없이 3회 단조했다. 자동차 바퀴 주변 부품(단조재)의 합계 가공율은, 변형량(%)으로, 자동차 바퀴 주변 부품의 리브(3a, 3b, 3c)에서 50~80%, 웹(4a, 4b)에서 60~90%이다.

이들 열간 단조의 변형량(%) C는, 아암부의 최대 응력 발생 부위(도 1의 사선부)에 있어서의 평균 결정립 간격 A와 주괴의 평균 셀층 사이즈 B를 이용하여, C=[(B-A)/B]×100%의 식에 의해 산출했다. 주괴의 평균 셀층 사이즈 B는 주괴의 면삭 전에 있어서, 주입(鑄入) 방향에 대한 수직면에서, 주괴 외표면으로부터 중심부까지를 4등분하고, 이 주괴 외표면으로부터 중심부로의 합계 5부분에서의 평균치를 이용했다. 이때, 변형량이 작고, 명료한 플로우 라인을 형성하지 않는 경우에는, 단조한 재료에 잔존하는 주괴 셀층의 크기(최소 길이 방향) E를 이용하여, C=[(B-E)/B]×100%의 식에 의해 산출했다.

용체화 처리는, 공기로를 이용하고, 용체화 처리 후는 물담금질을 행하고, 이 물의 온도를 조정하여, 표 2, 3에 나타낸 바와 같이, 물담금질시의 냉각 속도를 제어했다. 냉각 속도가 200℃/s인 것은 60℃의 온수에 담금질을 행하고, 냉각 속도가 250℃/s인 것은 40℃의 온수에 담금질을 행하고, 냉각 속도가 300℃/s인 것은 실온 약 20℃의 물에 담금질을 행했다. 또, 냉각 속도가 20℃/s인 것은 공냉했다.

이들 제조한 각 자동차 바퀴 주변 부품의 상기한 아암부의 최대 응력 발생 부위(도 1의 사선부)에 있어서의, 도 1(b)의 리브(3a)의 폭 방향 단면에서의 부위 7의 정출물, 부위 8의 입계 석출물과 분산 입자의 상태, 부위 7, 8의 재결정 면적 비율을 각각 표 4, 5에 나타낸다. 또한, 이 리브(3a)에 인접하는 도 1(b)의 웹(4a)의 부위 9의 조직의 재결정 면적 비율을 표 4, 5에 나타낸다.

또한, 이들 각 자동차 바퀴 주변 부품의 리브(3a)의 폭 방향 단면에 있어서의 상기 부위 7을 포함하는 인장 시험편의 특성도 각각 표 4, 5에 나타낸다. 또한, 웹(4a)의 폭 방향 단면에 있어서의 상기 부위 9를 포함하는 인장 시험편의 특성도 각각 표 4, 5에 나타낸다. 또, 표 2~5의 Al 합금 번호는 표 1의 Al 합금 번호와 각각 대응하고, 표 4는 표 2의 계속으로 표 2의 번호는 표 5의 번호와 각각 대응하고, 표 5는 표 3의 계속으로 표 3의 번호는 표 5의 번호와 각각 대응한다.

(기계적 특성)

각각 인장 시험편 A(L 방향)와 샤르피 시험편 B(LT 방향)를, 상기 리브(3a)와 웹(4a)의 각 부위를 포함하는, 긴 방향의 임의 부분으로부터 각 2개씩 채취하여, 인장 강도(㎫), 0.2% 내력(㎫), 신장(%), 샤르피 충격치 등을 각각 측정하여, 각 평균치를 구했다.

(입계 부식 감수성)

입계 부식 감수성 시험은, 각 자동차 바퀴 주변 부품의 상기한 아암부의 적어도 최대 응력 발생 부위(도 1의 사선부)에서, 상기 리브(3a)의 부위 7, 8을 양자 포함하도록, 시험편을 채취했다. 입계 부식 감수성 시험 조건은, 구 JIS-W1103의 규정에 준하여 행했다. 이 상태에서, 규정 시간의 6시간 침지 후, 시료를 꺼내고, 그 후, 시험편의 단면을 절단ㆍ연마하여, 광학 현미경을 이용하여, 시료 표면으로부터의 부식 깊이를 측정했다. 배율은 ×100으로 했다. 부식 깊이가 200㎛ 이하 까지를 경미한 부식으로 하여 「○」라고 평가했다. 또한, 200㎛를 넘는 경우를 큰 부식으로 하여 「×」라고 평가했다.

(응력 부식 균열성)

응력 부식 균열 시험은, 각 자동차 바퀴 주변 부품의 상기한 아암부의 적어도 최대 응력 발생 부위(도 1의 사선부)에서, 상기 리브(3a)의 부위 7, 8을 양자 포함하도록, 시험편을 채취하고, C 링 형상의 시험편으로 가공하여 행했다. 응력 부식 균일 시험 조건은, 상기 C 링 시험편을 ASTM G47의 교대 침지법의 규정에 준하여 행했다. 단, 시험 조건은, 또한, 자동차 바퀴 주변 부품에 인장 응력이 부가되어 사용되는 것을 모의하여, C 링 시험편의 ST 방향으로, 상기 기계적 특성의 시험편의 L 방향의 내력의 75%의 응력을 부하한, 실제의 사용 상태보다 혹독한 상태로 했다.

이 상태에서, C 링 시험편의 염수로의 침지와 꺼냄을 반복하여 행하여, 시험편에 응력 부식 균열이 발생하기까지의 시간을 쟀다. 이들의 결과를 표 4, 5에 나타낸다. 응력 부식 균열이 발생하기까지의 시간이 200시간 이상은, 자동차 바퀴 주변 부품으로서의 내식성이 양호하지만, 200시간 미만은 내식성이 뒤떨어지고 있다고 평가할 수 있다. 이들의 결과도 표 4, 5에 나타낸다.

표 4, 5로부터 분명하듯이, 각 발명예는, 조성과 제조 조건이 바람직한 범위 내이다. 이 결과, 발명예는, 자동차 바퀴 주변 부품의 아암부의 최대 응력 발생 부위의 조직이 본 발명의 규정을 만족한다. 즉, 리브의 최대 응력 발생 부위에 있어서의 폭 방향 단면 조직에서 관찰되는, 정출물 밀도가 평균 면적률로 1.5% 이하 이며, 각 입계 석출물끼리의 간격이 평균 간격으로 0.7㎛ 이상이다. 이 결과, 발명예는 리브, 웹 모두 인장 강도가 350㎫ 이상 및 리브의 샤르피 충격치가 10J/㎠ 이상이다. 또한, 발명예는, 최대 응력 발생 부위에 있어서의 리브부의 입계 부식 감수성 및 응력 부식 균열 내성에도 우수하다.

이 발명예 중에서도, 발명예 1~3은 조성(각 원소 함유량)이 바람직한 범위 내이다. 또한, 이 조직에 있어서의 분산 입자의 사이즈가 평균 직경으로 1200Å 이하임과 아울러, 이들 분산 입자의 밀도가 평균 면적률로 4% 이상이 바람직한 범위 내이다. 또한, 이들 리브의 단면 조직에 있어서 관찰되는 재결정립이 차지하는 면적 비율이 평균 면적률로 10% 이하이다. 더구나, 이들 리브의 단면 조직에 인접하는 웹의 폭 방향의 단면 조직에 있어서 관찰되는 재결정립이 차지하는 면적 비율이 평균 면적률로 20% 이하이다.

이 결과, 발명예 1~3은, 리브, 웹 모두 인장 강도가 400㎫ 이상 및 리브의 샤르피 충격치가 15J/㎠ 이상이다. 또한, 발명예 1~3은, 또한, 최대 응력 발생 부위에 있어서의 리브부의 입계 부식 감수성 및 응력 부식 균열 내성도 우수하다.

이에 대하여, 최적 제조 조건으로부터 벗어나서 제조된 비교예 4, 5, 9~16은, 본 발명의 범위 내의 B의 조성의 Al 합금을 이용하고는 있지만, 자동차 바퀴 주변 부품의 아암부의 최대 응력 발생 부위의 조직 쪽이 본 발명의 규정을 만족하지 않는다. 이 결과, 자동차 바퀴 주변 부품의 아암부의 최대 응력 발생 부위의, 강도, 인성, 내식성의 모두가, 발명예에 비하여 현저히 뒤떨어진다.

비교예 4는 주조 냉각 속도가 과소이다. 비교예 5는 균열 온도가 너무 낮 다. 비교예 9는 균열 냉각 속도가 과소이다. 비교예 10은 단조 종료 온도가 너무 낮다. 비교예 11은 용체화 온도가 너무 낮다. 비교예 12는 용체화 온도가 너무 높다. 비교예 13은 담금질시의 냉각 속도가 너무 작다. 비교예 14는 균열 온도가 너무 높으므로, 주괴에 버닝(국부 용융)이 발생하여, 이후의 제조, 특성 평가가 불가능했다. 비교예 15는 균열 승온 속도가 과소이다. 비교예 16은 균열 승온 속도가 과대이다.

또한, 본 발명의 범위 밖의 조성의 Al 합금 E, G, I, J, K, O, P, R 및 S~Y를 이용한 비교예 18, 20, 22~24, 28, 29, 31~38은, 최적 제조 조건 내에서 제조되고 있지만, 자동차 바퀴 주변 부품의 아암부의 최대 응력 발생 부위의, 강도, 인성, 내식성의 모두가, 발명예에 비하여 현저히 뒤떨어진다.

비교예 32는 Mg 과소이다. 비교예 18은 Mg 과다이다. 비교예 33은 Si 과소이다. 비교예 20은 Si 과다이다. 비교예 34는 Cu 과소이다. 비교예 22는 Cu 과대이다. 비교예 23은 Fe 과소이다. 비교예 24는 Fe 과다이다. 비교예 35는 Mn 과소이다. 비교예 36은 Mn 과다이다. 비교예 37은 Cr 과소이다. 비교예 28은 Cr 과다이다. 비교예 29는 Zr 과다이다. 비교예 38은 Ti 과소이다. 비교예 31은 Ti 과다이다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 조성, 최적 제조 조건, 조직 규정의, 자동차 바퀴 주변 부품의 아암부의 최대 응력 발생 부위의 강도, 인성, 응력 부식 균열 내성을 향상시키는 임계적인 의의를 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 고강도화, 고인성화 및 고내식성화시킨 자동차 바퀴 주변 부품 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 따라서, Al-Mg-Si계 알루미늄합금 단조재의 수송기용으로의 용도(예컨대, 자동차의 각종 구조 부재)의 확대를 도모할 수 있는 점에서, 막대한 공업적인 가치를 갖는 것이다.

Claims

질량%로, Mg : 0.5~1.25%, Si : 0.4~1.4%, Cu : 0.01~0.7%, Fe : 0.05~0.4%, Mn : 0.001~1.0%, Cr : 0.01~0.35% 및 Ti : 0.005~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 비교적 폭이 좁고 두꺼운 주연부의 리브와 비교적 폭이 넓은 중앙부의 웹으로 이루어지는 대략 H형의 폭 방향 단면 형상의 아암부를 갖는 알루미늄합금 단조재로서, 리브의 최대 응력 발생 부위에서의 폭 방향 단면 조직에 있어서, 최대 응력이 발생하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 정출물 밀도가 평균 면적률로 1.5% 이하이고, 단조시에 발생하는 파팅 라인을 포함하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 각 입계 석출물끼리의 간격이 평균 간격으로 0.7㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 단조재.
제 1 항에 있어서,

상기 알루미늄합금 단조재의 리브의 최대 응력 발생 부위에서의 폭 방향 단면 조직에 있어서, 최대 응력이 발생하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 분산 입자의 크기가 평균 직경으로 1200Å 이하임과 아울러, 이들 분산 입자의 밀도가 평균 면적률로 4% 이상이며, 이들 리브의 단면 조직에 있어서 관찰되는 재결정립이 차지하는 면적 비율이 평균 면적률로 10% 이하이고, 또한, 이들 리브의 단면 조직에 인접하는 상기 웹의 폭 방향의 단면 조직에 있어서 관찰되는 재결정립이 차지하 는 면적 비율이 평균 면적률로 20% 이하인 알루미늄합금 단조재.
제 1 항에 있어서,

상기 최대 응력이 발생하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 정출물 밀도가 평균 면적률로 1.0% 이하이며, 단조시에 발생하는 파팅 라인을 포함하는 단면 부위의 조직에서 관찰되는 각 입계 석출물끼리의 간격이 평균 간격으로 1.6㎛ 이상인 알루미늄합금 단조재.
제 1 항에 있어서,

상기 알루미늄합금 단조재의 조성이, 질량%로, Mg : 0.7~1.25%, Si : 0.8~1.3%, Cu : 0.1~0.6%, Fe : 0.1~0.4%, Mn : 0.2~0.6%, Cr : 0.1~0.3% 및 Ti : 0.01~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄합금 단조재.
제 1 항에 있어서,

상기 알루미늄합금 단조재의 조성이, 질량%로, Mg : 0.9~1.1%, Si : 0.9~1.1%, Cu : 0.3~0.5%, Fe : 0.1~0.4%, Mn : 0.2~0.6%, Cr : 0.1~0.2% 및 Ti : 0.01~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지는 알루미늄합금 단조재.
제 1 항에 있어서,

상기 웹의 두께가 10㎜ 이하로 박육인 알루미늄합금 단조재.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 알루미늄합금 단조재의 제조 방법으로서,

질량%로, Mg : 0.5~1.25%, Si : 0.4~1.4%, Cu : 0.01~0.7%, Fe : 0.05~0.4%, Mn : 0.001~1.0%, Cr : 0.01~0.35% 및 Ti : 0.005~0.1%를 각각 포함하고, 또한 Zr이 0.15% 미만으로 규제되고, 잔부가 Al 및 불가피한 불순물로 이루어지거나, 혹은 상기 바람직한 조성을 갖는 알루미늄합금 용탕을 평균 냉각 속도가 100℃/s 이상으로 주조하고,

이 주조한 주괴를 460~570℃의 온도 범위로 10~1500℃/hr의 승온 속도로 가열하여, 이 온도 범위로 2시간 이상 유지하는 균질화 열처리를 실시한 후에,

40℃/hr 이상의 냉각 속도로 실온까지 냉각하고,

추가로 열간 단조 개시 온도까지 재가열하여,

비교적 폭이 좁고 두꺼운 주연부의 리브와, 얇고 비교적 폭이 넓은 중앙부의 웹으로 이루어지는 대략 H형 단면 형상의 아암부를 갖는 알루미늄합금 단조재로 열간 금형 단조함과 아울러, 단조 종료 온도를 350℃ 이상으로 하고,

이 열간 단조 후에, 530~570℃의 온도 범위로 20분~8시간 유지하는 용체화 처리를 실시하고,

그 후, 평균 냉각 속도 200~300℃/s의 범위에서 담금질 처리를 행하고,

추가로, 인공 시효 경화 처리하는 것을 특징으로 하는 알루미늄합금 단조재의 제조 방법.