WO2015092969A1 - 自動車用足回り部品及びその製造方法 - Google Patents

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井尻　哲也
岡田　浩
慎一郎 角
幸一 若井
慶彦 森山
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy undercarriage part made of an aluminum alloy having high strength and a method for producing the same, and more specifically, for an automobile made of an aluminum alloy having sufficient strength even as a forged part from an aluminum alloy cast material.
  • the present invention relates to a suspension part and an effective manufacturing method thereof.
  • the applicant forged an irregular shaped cast material having a slice cross-sectional shape that approximated the projected product shape of a round bar cast material or forged final product, thereby ensuring strength within a range where recrystallization and grain growth do not occur.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No.
  • an aluminum alloy is cast by a semi-continuous casting method, and a slice material obtained by cutting the cast bar in a direction substantially perpendicular to the casting progress direction is used as a raw material, and the average plate thickness of the product
  • the cross-sectional shape of the cast bar in a cross section substantially perpendicular to the casting progress direction is approximated to the shape projected from the final product in the forging press operating direction during forging.
  • the forging press is forged in a direction that is substantially parallel to the direction of warping formed after forging and substantially perpendicular to the slice surface direction of the material end,
  • a forging method of an aluminum alloy has been proposed in which warp deformation corresponding to 30% or more of warpage of the final product is given only to the central portion of the material without adding warp deformation to the side edges of the material.
  • the object of the present invention is to provide an aluminum alloy undercarriage part made of aluminum alloy having sufficient strength as a forged part from an aluminum alloy cast material and an effective manufacturing method thereof. Is to provide.
  • the present inventors have conducted intensive research on an aluminum alloy undercarriage part made of aluminum alloy having high strength and its manufacturing method.
  • the present inventors have found that it is extremely effective to add plastic deformation to the region and control the crystal orientation of the part that requires proof stress and tensile strength in the product.
  • the present invention Forged parts made of aluminum alloy,
  • the average of the reciprocal of the Schmitt factor calculated from the crystal orientation in the direction of the load stress at the maximum stress occurrence site when an external force is applied is 2.3 or more,
  • An automobile undercarriage part characterized by the above is provided.
  • the Schmid factor is a coefficient between a macroscopic normal stress and a decomposition shear stress with respect to a metal material.
  • each slip system has its own Schmid factor, and a slip system with a larger Schmit factor requires less stress for activity and can be said to be a slip system that is easier to act.
  • the Schmitt factor in an arbitrary crystal refers to the Schmid factor of the slip system (main slip system) that has the largest value among the 12 slip systems and is most active.
  • a member having a large Schmid factor reciprocal (m value) can exhibit high strength in the direction in which the Schmid factor reciprocal (m value) is measured.
  • the average of the reciprocal number (m value) of the Schmid factor calculated from the crystal orientation in the load stress direction at the maximum stress generation site when an external force is applied is 2. It is characterized by being 3 or more, and the strength in the load stress direction of the maximum stress generation site is effectively improved.
  • the Schmid factor has a maximum value of 0.5 when the direction of the tensile force and the sliding surface form an angle of 45 °, and a minimum value of 0 when the direction of the tensile force and the sliding surface are perpendicular or parallel.
  • the forged part is made of a heat-treatable aluminum alloy.
  • the present invention also provides: A first step of casting an aluminum alloy; Adding a plastic deformation to the aluminum alloy ingot obtained in the first step, and controlling the crystal orientation; Forging the crystal orientation controlled aluminum alloy obtained in the second step, and obtaining a forged part in which the average of the reciprocal number of the Schmid factor of the stress generation site is 2.3 or more, Also provided is a method for manufacturing an automobile undercarriage part.
  • the number of times the second step and the third step are performed is not limited to one, and the second step and the third step may be performed a plurality of times.
  • the method for manufacturing an automobile underbody part of the present invention it is preferable to include a step of performing the second step and the third step substantially simultaneously.
  • a step of performing the second step and the third step substantially simultaneously.
  • the second step is such that the end portion of the aluminum alloy ingot is substantially in one direction (the load stress direction of the maximum stress generation site when an external force is applied). It is preferable that it is a step of plastic deformation so as to elongate.
  • a semi-continuous casting method is used for the casting in the first step, and a casting rod cast by the semi-continuous casting method is substantially perpendicular to a casting progress direction.
  • the slice material obtained by the cutting is designed to approximate the cross-sectional shape of the slice material obtained by projecting the forged part in the forging press operating direction during forging, and the slice material is the aluminum alloy ingot. It is preferable to do.
  • the method for manufacturing an automobile underbody part of the present invention it is preferable to further include a fourth step of subjecting the forged part obtained in the third step to solution treatment and aging treatment.
  • an automobile undercarriage part made of aluminum alloy having sufficient strength and an effective manufacturing method thereof can be provided as a forged part from an aluminum alloy cast material.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of an automobile underbody part according to an embodiment of the present invention. It is the schematic which shows an example of the load state at the time of use of the suspension part for motor vehicles based on embodiment of this invention. It is process drawing of the manufacturing method of the suspension part for motor vehicles of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a deformed continuous cast rod and a slice material obtained by slicing the same, which are used in the method for manufacturing an automobile underbody part of the present invention. It is an external appearance photograph of the slice material used with the manufacturing method of the underbody parts for cars of the present invention.
  • Suspension parts for automobiles Various aluminum alloying of automobile parts from the viewpoint of reducing the weight of the vehicle body has been studied.
  • the upper arm, lower arm, and transverse link that are suspension parts for automobiles are also made of aluminum alloy. Hot die forgings are used. Since these parts are complicated in shape due to the integration of parts for increasing the vehicle cabin dimensions, driving performance improvement, and cost reduction in recent automobiles, stress tends to concentrate on specific parts. Examples of other automotive parts include knuckles and trailing arms.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of an automobile underbody part according to an embodiment of the present invention.
  • the automobile undercarriage part 1 is a forged suspension part and has a large warp and a three-dimensionally complicated shape.
  • the automobile undercarriage part 1 is made of an aluminum alloy, and is preferably made of a heat treatment type aluminum alloy.
  • the heat treatment type aluminum alloy is an aluminum alloy that obtains a predetermined strength by heat treatment, and is a 2000 series alloy (Al—Cu—Mg series alloy), a 6000 series alloy (Al—Mg—Si series alloy), a 7000 series alloy ( Al-Zn-Mg alloy), AC1B alloy (Al-Cu-Mg alloy), AC2A alloy (Al-Cu-Si alloy), AC2B alloy (Al-Cu-Si alloy), AC5A alloy (Al- Cu-Ni-Mg alloy), AC4A alloy (Al-Si-Mg alloy), AC4C alloy (Al-Si-Mg alloy), AC4CH alloy (Al-Si-Mg alloy), AC4B alloy (Al- Si-Cu alloy), AC4D alloy (Al-Si-Cu-Mg alloy), AC8A alloy (Al-Si-Ni-Cu-Mg alloy), AC8B alloy (Al-Si-N) -Cu-Mg alloy), AC8C alloy (
  • the heat treatment type aluminum alloy can be used for the undercarriage part 1 for automobiles.
  • the undercarriage part 1 for an automobile has a maximum stress generation site where the maximum stress is generated during use in the arm portion 2, and the maximum stress generation site has sufficient strength in accordance with the use mode. Need to be.
  • the maximum stress generation site is designed such that the average of the reciprocal number of the Schmid factor calculated from the crystal orientation is 2.3 or more in the direction of the load stress when an external force is applied.
  • the undercarriage part 1 for automobiles has a substantially triangular overall shape as shown in FIG. 1, and has a ball joint mounting portion 4 and a bush boss 6 connected by an arm portion 2 at the apex portion of each triangle. Yes.
  • the arm portion 2 has ribs extending in the longitudinal direction of the arm portion 2 at each peripheral edge portion (both side end portions) in the width direction, and the longitudinal direction of the arm portion 2 at the center portion in the width direction. It is common to have a web that extends to When the automobile undercarriage part 1 is used, the bush is press-fitted into the bush boss 6 and the ball joint is assembled to the ball joint mounting portion 4.
  • the normal part of the automobile undercarriage part 1 generates the maximum stress during use (the maximum stress is applied). This is the ball joint mounting portion 4 side. Further, the load stress direction to the arm portion 2 is substantially the longitudinal direction of the arm portion 2 although there are some differences in the structural design conditions of the undercarriage part 1 for an automobile.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a load state when the automobile undercarriage part 1 is used.
  • the maximum stress generation sites of the automobile undercarriage part 1 are regions a and b.
  • the average of the reciprocal number of the Schmid factor calculated from the crystal orientation is 2 in the load stress direction (substantially longitudinal direction of the arm portion 2) when an external force is applied. .3 or more, and the strength is improved by optimizing the texture.
  • the texture is selectively optimized with respect to the maximum stress generation site. As a result, the strength in the stress direction can be increased.
  • the texture at the sampling position of the tensile test piece at the maximum stress generation site is measured with a backscattered electron diffraction measurement device (SEM-EBSD) attached to the scanning electron microscope.
  • SEM-EBSD backscattered electron diffraction measurement device
  • a test piece is collected so that the observation surface is perpendicular to the stress direction, mechanical polishing and buffing are performed on the observation surface, and then the processed layer is removed by electrolytic polishing.
  • Orientation information is acquired by performing SEM-EBSD measurement on the observation surface.
  • EBSD analysis software is used to obtain the reciprocal (m value) of the Schmitt factor.
  • “OIM Analysis” manufactured by TSL may be used as the analysis software. Specifically, assuming that the active slip system is ⁇ 111 ⁇ ⁇ 110>, each measurement point in the measurement field (approximately 100,000 points) under the condition of applying tensile deformation in the direction perpendicular to the observation surface Calculate each Schmid factor. By calculating the reciprocal number from the calculated Schmitt factor and taking the average of all measurement points, the reciprocal number (m value) of the Schmitt factor in the measurement visual field can be calculated.
  • FIG. 3 is a process diagram of a method for manufacturing an automobile underbody part according to the present invention.
  • the manufacturing method of an automobile underbody part of the present invention includes a first step (S01) of casting an aluminum alloy, and plastic deformation of the aluminum alloy ingot obtained in the first step (S01) to change the crystal orientation.
  • a fourth step (S04) for subjecting the forged part obtained in the third step (S03) to a solution treatment.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a deformed continuous cast bar and a slice material obtained by slicing the same.
  • a deformed continuous cast bar 8 having a slice cross-sectional shape approximate to the product projected shape of the final forged product is manufactured.
  • a heat-treatable aluminum alloy as the aluminum alloy, and it is particularly preferable to use a 6000 series aluminum alloy.
  • the cross-sectional shape of the deformed continuous casting rod 8 can be larger than the projected shape of the final product, but the cross-sectional shape of the slice material 10 that is a material during forging is larger than the projected shape of the final product. If it is larger, it is necessary to reduce the thickness of the cut plate when slicing the deformed continuous cast bar 8 in order to improve the yield. However, if the thickness is made too thin, so-called thinning is likely to occur in which the thick portion of the product is lost, so the plate thickness of the slice material 10 cannot be made extremely thin. That is, the lower limit of the plate thickness of the slicing material 10 is based on the fact that no thinning occurs in the maximum thick portion of the final product.
  • forging to finish a product shape is generally performed by rough forging to a shape almost similar to the product shape, and then the shape is adjusted by subsequent forging.
  • the region where the end of the slicing material 10 is extended corresponds to the region that will eventually become the arm 2 of the undercarriage part 1 for an automobile. Forging so that the average of the reciprocal number (m value) of the Schmitt factor calculated from the crystal orientation in the load stress direction (substantially longitudinal direction of the arm portion 2) when an external force is applied in this region is 2.3 or more. By doing (by forming a metal flow in a specific direction), a lightweight and high-strength undercarriage part 1 for an automobile can be obtained.
  • the extending direction is substantially the longitudinal direction of the arm portion 2.
  • the slicing material 10 having the above shape can be used.
  • the end of the slicing material 10 extends by forging, it is preferable to use a slicing material whose end is designed to be short in advance.
  • FIGS. 5A and 5B show photographs of the appearance of (a) a slice material that does not consider the extension of the end portion due to forging, and (b) the slice material that considers the extension of the end portion due to forging.
  • the slice material 10 having an appropriate shape and size is obtained.
  • the forging reduction ratio in the second step (S02) is preferably 10 to 70%, more preferably 30 to 50%. This is because if the rolling reduction is too large, the strength is reduced by recrystallization, and if it is too small, the average of the reciprocal number (m value) of the Schmitt factor cannot be 2.3 or more.
  • Forging This is a step of forging the crystal orientation controlled aluminum alloy obtained in the second step (S02) to obtain the final shape of the undercarriage part 1 for an automobile.
  • the forging method is not particularly limited, and various conventionally known forging methods can be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • count of performing a 3rd process (S03) is not restricted to once, and you may give it in multiple times.
  • the conditions for the solution treatment and the aging treatment are not particularly limited, and various conventionally known solution treatments and aging treatments can be used as long as the effects of the present invention are not impaired. Since these optimum conditions depend on the type of aluminum alloy and the shape and size of the forged part, the structure of the forged part after solution treatment and aging treatment is observed and the mechanical properties are evaluated, and the suitable condition is appropriately selected. It is preferable to select conditions.
  • hot forging (third step) [rough forging ⁇ finish forging] is performed, and the forged product having the shape shown in FIG. Got. Hot forging was used for plastic deformation in the second step, and the conditions for the hot forging were a material temperature of 500 ° C. and a reduction rate of 40%.
  • the obtained forged product was subjected to T6 tempering treatment (fourth step).
  • Test pieces were collected from the maximum stress generation site (a and b shown in FIG. 2) of the obtained forged product, and the reciprocal (m value) of the Schmid factor was calculated by the SEM-EBSD method described above.
  • the measurement was performed using a combined system of a scanning electron microscope (SEM) manufactured by JEOL Ltd. and a backscattered electron diffraction measurement device (EBSD) manufactured by TSL. Measurement conditions are a visual field area of 800 ⁇ m ⁇ 800 ⁇ m and a distance (step size) between crystal orientation measurement points of 3 ⁇ m. After the measurement, crystal orientation analysis was performed using an OIM system manufactured by TSL. Table 2 shows the reciprocal (m value) of the obtained Schmid factor.
  • SEM scanning electron microscope
  • EBSD backscattered electron diffraction measurement device
  • a tensile test was performed on the test piece obtained from the maximum stress generation site (a and b shown in FIG. 2) of the forged product, and 0.2% proof stress, tensile strength, and elongation were measured.
  • As the tensile test piece No. 14A test piece described in JISJZ 2241 was used.
  • the tensile speed was set to 2 mm / min up to 0.2% proof stress, and 5 mm / min after 0.2% proof stress, in accordance with JIS Z 2241. Note that the number of N was 3, and the average value was calculated.
  • the obtained values are shown in Table 2, respectively.
  • the reciprocal number (m value) of the Schmid factor is 2.3 or more in all the test pieces, but the reciprocal number (m value) of the Schmit factor in all the test pieces in the forged product of the comparative example. ) Is less than 2.3.
  • the 0.2% proof stress of the forged product of the example is clearly improved as compared with the forged product of the comparative example.

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Abstract

　本発明は、アルミニウム合金鋳造材からの鍛造部品としても、十分な強度を有するアルミニウム合金製の自動車用足回り部品及びその効果的な製造方法を提供する。本発明は、アルミニウム合金製の鍛造部品であって、外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向において、結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数の平均が２．３以上であること、を特徴とする自動車用足回り部品に関する。

Description

自動車用足回り部品及びその製造方法
　本発明は高強度を有するアルミニウム合金製の自動車用足回り部品及びその製造方法に関し、より具体的には、アルミニウム合金鋳造材からの鍛造部品としても、十分な強度を有するアルミニウム合金製の自動車用足回り部品及びその効果的な製造方法に関する。
　自動車等の輸送機器の分野において、排ガス規制や二酸化炭素の排出抑制の要求が高まっている。これらの要求に対し、車体の軽量化による燃費の向上が注目され、従来の鉄系材料に替えてアルミニウム系材料の適用が盛んに検討されている。
　輸送機器用のアルミニウム材としては、耐食性のみが要求される場合には１０００系や３０００系アルミニウム合金が多用されているが、耐食性、高強度、及び高靱性が要求される場合には、これらの特性バランスに優れ、生産性も高い６０００系アルミニウム合金等が適用される例が多い。
　しかしながら、２０００系、６０００系、及び７０００系等の時効硬化型のアルミニウム合金においては、加工後に溶体化処理等の熱処理が必須となり、当該熱処理に起因する結晶粒の粗大化が生じてしまう。特に、近年では、部品が非常に薄くなっていること等が影響し、押出材からの鍛造材では、溶体化処理～時効処理等のプロセスにおいて、結晶粒が粗大化する傾向が顕著になっている。押出材を素材とする場合、押出材そのものが有する集合組織は強度向上に好ましいが、ひずみの導入によって再結晶及び粒成長が生じやすい状態になっており、上記溶体化処理～時効処理等のプロセスにおける部品の強度低下を抑制することは極めて困難である。
　これに対し、出願人は丸棒鋳造材や鍛造最終製品の製品投影形状に近似したスライス断面形状を有する異形鋳造材を鍛造することで、再結晶及び粒成長しない範囲で強度を確保したアルミニウム合金製の自動車用部品を製造してきた。例えば、特許文献１（特許第４２２４６７６号公報）では、アルミニウム合金を半連続鋳造法により鋳造し、当該鋳造棒を鋳造進行方向と略垂直方向に切断したスライス材を素材とし、製品の平均板厚よりも大きい反りを有する製品を鍛造で製造する際に、鋳造棒の鋳造進行方向と略垂直な断面での断面形状を、最終製品を鍛造時の鍛造プレス作動方向へ投影した形状に近似するように設計し、鍛造の第１工程で、鍛造プレスの作用方向が鍛造後に形成される反りの方向と略平行で、しかも素材端部のスライス面方向と略垂直となるような方向で鍛造し、素材の側端に反りの変形を加えることなく素材中央部のみに、最終製品の反りの３０％以上に相当する反りの変形を与えることを特徴とするアルミニウム合金の鍛造方法を提案している。
　上記特許文献１に開示しているアルミニウム合金の鍛造方法では、素材の厚さよりも薄肉部を有する製品を鍛造する際に、鍛造の第１工程での圧下量を調整することで鍛造欠陥を回避することができ、歩留まりの向上と製品の信頼性向上に資することができる。
特許第４２２４６７６号公報
　しかしながら、近年では車体軽量化への要求が更に高くなっており、より薄く高強度なアルミニウム製の鍛造部品が求められているところ、上記特許文献１のアルミニウム合金の鍛造方法では、未だに十分な部品強度が得られていない。
　以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、アルミニウム合金鋳造材からの鍛造部品としても、十分な強度を有するアルミニウム合金製の自動車用足回り部品及びその効果的な製造方法を提供することにある。
　本発明者らは、上記目的を達成すべく、高強度を有するアルミニウム合金製の自動車用足回り部品及びその製造方法について鋭意研究を重ねた結果、鍛造の前工程としてアルミニウム合金鋳塊の任意の領域に塑性変形を加え、製品で耐力と引張強度を必要とする箇所の結晶方位を制御することが極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。
　即ち、本発明は、
　アルミニウム合金製の鍛造部品であって、
　外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向において、結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数の平均が２．３以上であること、
　を特徴とする自動車用足回り部品を提供する。
　ここで、シュミット因子とは、金属材に対する巨視的垂直応力と分解せん断応力の間の係数であり、単結晶金属では、シュミット因子の大きな結晶ほど小さな外力で塑性変形が開始することになる。試料の断面積をＡ、引張力の大きさをＦとすると、引張応力σはσ＝Ｆ／Ａとなる。また、引張力の方向とすべり面法線ｎのなす角をθ、引張方向とすべり方向ｄのなす角をφとすると、引張力のすべり方向への分力はＦｃｏｓφであり、すべり面の面積はＡｓ＝Ａ／ｃｏｓθであるから、外力のこのすべり系への分解せん断応力τは、τ＝Ｆｃｏｓφ／Ａｓ＝（Ｆ／Ａ）・ｃｏｓθｃｏｓφ＝σｃｏｓθｃｏｓφとなる。ここで、ｃｏｓθｃｏｓφがシュミット因子である。
　アルミニウムなどの面心立方格子の金属は、一般に１２個のすべり系が活動する。結晶の方位と応力方向が決まれば、個々のすべり系はそれぞれ特有のシュミット因子を持ち、シュミット因子の大きなすべり系ほど活動に必要な応力は小さく、より活動しやすいすべり系であると言える。任意の結晶におけるシュミット因子とは、１２個のすべり系の中で最も値が大きく、最も活動しやすいすべり系（主すべり系）のシュミット因子を指す。
　各結晶に加わる応力は巨視応力と等しく、導入されるひずみは結晶粒毎に異なり、活動するすべり系は主すべり系の１つである、と仮定するＳａｃｈｓ理論においては、耐力はσ0＋τCRSS・ｍとなる。ここで、σ0はアルミニウム合金の固有の強度に粒度の効果を加味した耐力、τCRSSは臨界分解せん断応力、ｍはシュミット因子の逆数（ｍ値）である。
　つまり、シュミット因子の逆数（ｍ値）が大きな部材では、当該シュミット因子の逆数（ｍ値）を測定した方向に関して、高い強度を示すことができる。上述のとおり、本発明の自動車用足回り部品は、外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向において、結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数（ｍ値）の平均が２．３以上であること、を特徴とするものであり、最大応力発生部位の負荷応力方向の強度が効果的に改善されている。
　なお、シュミット因子は引張力の方向とすべり面が４５°の角度をなす場合に最大値０．５となり、引張力の方向とすべり面が垂直又は平行の場合に最小値０となる。
　上記本発明の自動車用足回り部品においては、前記鍛造部品が熱処理型のアルミニウム合金製であること、が好ましい。
　また、本発明は、
　アルミニウム合金を鋳造する第一工程と、
　前記第一工程で得られるアルミニウム合金鋳塊に塑性変形を加えて、結晶方位を制御する第二工程と、
　前記第二工程で得られる結晶方位制御アルミニウム合金に鍛造を施し、前記応力発生部位の前記シュミット因子の逆数の平均が２．３以上である鍛造部品を得る第三工程と、を有すること、
　を特徴とする自動車用足回り部品の製造方法も提供する。
　前記第二工程及び前記第三工程を施す回数は１回とは限られず、前記第二工程及び前記第三工程をそれぞれ複数回施してもよい。
　上記本発明の自動車足回り部品の製造方法においては、前記第二工程と前記第三工程とを略同時に行う工程を有すること、が好ましい。前記第二工程における結晶方位の制御と前記第三工程における成形加工を略同時に行うことで、自動車用足回り部品の製造工程を簡略化することができる。
　上記本発明の自動車用足回り部品の製造方法においては、前記第二工程は、前記アルミニウム合金鋳塊の端部を、略一方向（外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向）に伸長させるように塑性変形する工程であること、が好ましい。
　また、上記本発明の自動車用足回り部品の製造方法においては、前記第一工程の前記鋳造に半連続鋳造法を用い、前記半連続鋳造法により鋳造した鋳造棒を、鋳造進行方向と略垂直方向に切断し、前記切断によって得られるスライス材の断面形状を、前記鍛造部品を鍛造時の鍛造プレス作動方向へ投影した形状に近似するように設計し、前記スライス材を前記アルミニウム合金鋳塊とすること、が好ましい。
　また、上記本発明の自動車用足回り部品の製造方法においては、更に、前記第三工程で得られた鍛造部品に溶体化処理及び時効処理を施す第四工程を有すること、が好ましい。
　本発明によれば、アルミニウム合金鋳造材からの鍛造部品としても、十分な強度を有するアルミニウム合金製の自動車用足回り部品及びその効果的な製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係る自動車用足回り部品の一例を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る自動車用足回り部品の使用時の負荷状態の一例を示す概略図である。 本発明の自動車用足回り部品の製造方法の工程図である。 本発明の自動車用足回り部品の製造方法で使用する、異形連鋳棒及びそれをスライスしたスライス材の一例を示す概略斜視図である。 本発明の自動車用足回り部品の製造方法で使用する、スライス材の外観写真である。
　以下、図面を参照しながら本発明の自動車用足回り部品及びその製造方法についての代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
１．自動車用足回り部品
　車体軽量化の観点からの自動車用部品のアルミニウム合金化は種々検討されており、例えば、自動車用のサスペンション部品であるアッパアーム、ロアアーム、及びトランスバースリンク等についても、アルミニウム合金の熱間型鍛造品が用いられるようになっている。これらの部品は昨今の自動車の車室寸法拡大、走行性能向上、コストダウンのための部品の一体化により形状が複雑化しているため、特定の部位に応力が集中しやすい。その他の自動車用部品としては、例えば、ナックル、トレーリングアーム等を挙げることができる。
　図１は、本発明の実施形態に係る自動車用足回り部品の一例を示す概略斜視図である。自動車用足回り部品１は鍛造サスペンション部品であり、反りが大きく三次元的に複雑な形状を有している。自動車用足回り部品１はアルミニウム合金製であり、熱処理型のアルミニウム合金製であることが好ましい。熱処理型のアルミニウム合金とは、熱処理によって所定の強度を得るアルミニウム合金であり、２０００系合金（Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金）、６０００系合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）、７０００系合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ１Ｂ合金（Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ２Ａ合金（Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系合金）、ＡＣ２Ｂ合金（Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系合金）、ＡＣ５Ａ合金（Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ４Ａ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ４Ｃ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ４ＣＨ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ４Ｂ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金）、ＡＣ４Ｄ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ８Ａ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｎｉ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ８Ｂ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｎｉ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ８Ｃ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｎｉ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金）、ＡＣ９Ａ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ―Ｎｉ系合金）、ＡＣ９Ａ合金（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ―Ｎｉ系合金）等を例示することができる。
　自動車用足回り部品１には上記熱処理型のアルミニウム合金を用いることができるが、自動車用足回り部品１の強度及び信頼性を担保する観点から、展伸材を用いることが好ましく、６０００系合金を用いることがより好ましい。
　自動車用足回り部品１は、使用中に最大の応力が発生する最大応力発生部位をアーム部２に有しており、当該最大応力発生部位は使用態様に即して十分な強度を有している必要がある。ここで、最大応力発生部位は、外力が印加された場合の負荷応力方向において、結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数の平均が２．３以上となるように設計されている。
　自動車用足回り部品１は、概ね図１に示すような略三角形の全体形状からなり、各三角形の頂点部分に、アーム部２で繋がれたボールジョイント取付部４及びブッシュボス６を有している。アーム部２は、その幅方向の各周縁部（両側端部）に、アーム部２の長手方向に延在するリブを有しており、その幅方向の中央部に、アーム部２の長手方向に延在するウェブを有しているのが一般的である。自動車用足回り部品１の使用時は、ブッシュボス６にブッシュを圧入し、ボールジョイント取付部４にボールジョイントを組付ける。
　上記の自動車用足回り部品１の全体構造や形状を前提として、通常の自動車用足回り部品１では、使用中に最大応力が発生する（最大応力が負荷される）特定部位は、アーム部２のボールジョイント取付部４側となる。また、自動車用足回り部品１の構造設計条件等で多少の差異は生じるものの、アーム部２への負荷応力方向は、アーム部２の略長手方向となる。
　図２に、自動車用足回り部品１の使用時の負荷状態の一例を示す概略図を示す。ブッシュを固定として、ボールジョイント取付部４に荷重方向‐１及び荷重方向‐２に示す方向に荷重が加わる場合、自動車用足回り部品１の最大応力発生部位はａ及びｂの領域となる。
　ここで、アーム部２の最大応力発生部位の強度が十分でない場合、自動車用足回り部品１の全体としての強度を高く維持しながら軽量化を図るのが困難となる。これに対し、本発明の自動車用足回り部品１では、外力が印加された場合の負荷応力方向（アーム部２の略長手方向）において、結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数の平均が２．３以上となっており、集合組織の最適化によって強度を向上させている。
　集合組織により強度が異なることについては広く知られているが、本発明の自動車用足回り部品１においては、最大応力発生部位に関して選択的に集合組織を最適化している。その結果、応力方向に対する強度を高くすることができる。
　以下に、外力が印加された場合の負荷応力方向（アーム部２の略長手方向）において、結晶方位からシュミット因子の逆数（ｍ値）を得る方法について説明する。
　先ず、最大応力発生部位における引張試験片の採取位置の集合組織を、走査型電子顕微鏡に付属している後方散乱電子回折測定装置（ＳＥＭ－ＥＢＳＤ）により測定する。具体的には、観察面が応力方向に垂直になるように試験片を採取し、観察面に対して機械研磨、バフ研磨を行った後、電解研磨により加工層を除去する。当該観察面に対してＳＥＭ－ＥＢＳＤ測定を行うことで方位情報を取得する。
　得られた方位情報から、ＥＢＳＤ解析ソフトを使用してシュミット因子の逆数（ｍ値）を求めるが、その解析ソフトとしては、例えばＴＳＬ社製の「ＯＩＭ　Ａｎａｌｙｓｉｓ」を用いれば良い。具体的には、活動するすべり系を｛１１１｝＜１１０＞と仮定し、観察面に垂直な方向に引張変形を与える条件のもとで、測定視野中の各測定点（約１０万点）のそれぞれのシュミット因子を算出する。算出されたシュミット因子から、逆数を算出し、全測定点の平均を取ることで、測定視野におけるシュミット因子の逆数（ｍ値）を算出することができる。
２．自動車用足回り部品の製造方法
　本発明の自動車用足回り部品の製造方法は、上記本発明の自動車用足回り部品の効果的な製造方法を提供するものである。図３は、本発明の自動車用足回り部品の製造方法の工程図である。本発明の自動車用足回り部品の製造方法は、アルミニウム合金を鋳造する第一工程（Ｓ０１）と、前記第一工程（Ｓ０１）で得られるアルミニウム合金鋳塊に塑性変形を加えて、結晶方位を制御する第二工程（Ｓ０２）と、前記第二工程（Ｓ０２）で得られる結晶方位制御アルミニウム合金に鍛造を施す第三工程（Ｓ０３）と、を有している。また、更に、前記第三工程（Ｓ０３）で得られた鍛造部品に溶体化処理を施す第四工程（Ｓ０４）を有すること、が好ましい。なお、第二工程（Ｓ０２）と第三工程（Ｓ０３）は、一つの工程としてまとめて実施してもよい。
（１）アルミニウム合金の鋳造（第一工程）
　アルミニウム合金を鋳造する第一工程（Ｓ０１）には、半連続鋳造法を用いることが好ましい。図４に、異形連鋳棒及びそれをスライスしたスライス材の一例を示す概略斜視図を示す。第一工程（Ｓ０１）では、鍛造最終製品の製品投影形状に近似したスライス断面形状を有する異形連鋳棒８を製造する。なお、上述のとおり、アルミニウム合金には熱処理型のアルミニウム合金を用いることが好ましく、特に、６０００系アルミニウム合金を用いることがより好ましい。
　異形連鋳棒８の断面形状としては、最終製品の投影形状よりも大きな形状とすることも可能であるが、鍛造の際の素材となるスライス材１０の断面形状が最終製品の投影形状よりも大きいと、歩留まりを良くするために異形連鋳棒８をスライスする際の切断板厚を薄くする必要がある。しかし、肉厚をあまり薄くすると製品の厚肉部が欠けてしまういわゆる欠肉が生じやすくなるので、スライス材１０の板厚を極端に薄くすることはできない。すなわち、スライス材１０の板厚下限は、最終製品の最大厚肉部に欠肉が発生しないことが基準となる。
　なお、製品形状に仕上げる鍛造は、粗鍛造でほとんど製品形状に近い形状に鍛造し、その後の仕上鍛造で形状を整えるのが一般的である。
（２）塑性変形による結晶方位制御（第二工程）
　第一工程（Ｓ０１）で得られるアルミニウム合金鋳塊に塑性変形を加え、アルミニウム合金鋳塊の結晶方位を制御する第二工程（Ｓ０２）では、異形連鋳棒８を切断して得られるスライス材１０の端部を、略一方向（外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向）に伸長させるように塑性変形を加える工程であること、が好ましい。
　スライス材１０の端部を伸長させた領域は、最終的に自動車用足回り部品１のアーム部２となる領域に相当する。当該領域において、外力が印加された場合の負荷応力方向（アーム部２の略長手方向）における結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数（ｍ値）の平均が２．３以上となるように鍛造する（特定の方向にメタルフローを形成させる）ことで、軽量かつ高強度な自動車用足回り部品１を得ることができる。なお、伸長の方向はアーム部２の略長手方向とすることが好ましい。
　第二工程（Ｓ０２）には上記形状を有するスライス材１０を用いることができるが、鍛造によってスライス材１０の端部が伸長するため、予め端部を短く設計したスライス材を用いることが好ましい。図５に、（ａ）鍛造による端部の伸長を考慮しないスライス材、及び（ｂ）鍛造による端部の伸長を考慮したスライス材の外観写真を示す。（ｂ）においては、第二工程（Ｓ０２）によって矢印方向に端部が伸長することによって、適当な形状及び大きさのスライス材１０が得られることになる。
　第二工程（Ｓ０２）における鍛造の圧下率は、１０～７０％が好ましく、３０～５０％がより好ましい。圧下率が大き過ぎると再結晶によって強度低下が生じ、小さ過ぎるとシュミット因子の逆数（ｍ値）の平均を２．３以上とすることができないからである。
　なお、第二工程（Ｓ０２）を施す回数は１回とは限らず、複数回施してもよい。
（３）鍛造（第三工程）
　第二工程（Ｓ０２）で得られる結晶方位制御アルミニウム合金に鍛造を施し、自動車用足回り部品１の最終形状とする工程である。なお、鍛造方法は特に限定されず、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の鍛造方法を用いることができる。
　なお、第三工程（Ｓ０３）を施す回数は１回とは限らず、複数回施してもよい。
（４）溶体化処理及び時効処理（第四工程）
　アルミニウム合金として熱処理型のアルミニウム合金を用いた場合には、上記第三工程（Ｓ０３）の鍛造によって最終形状とした鍛造部品に溶体化処理及び時効処理を施すことが好ましい。溶体化処理後、適当な時効処理を施すことによって、鍛造部品全体の強度を向上させることができる。
　溶体化処理及び時効処理の条件は特に限定されず、本発明の効果を損なわない範囲で従来公知の種々の溶体化処理及び時効処理を用いることができる。なお、これらの最適条件はアルミニウム合金の種類や鍛造部品の形状及び大きさ等に依存するため、溶体化処理及び時効処理後の鍛造部品について組織観察や機械的特性の評価を行い、適宜好適な条件を選定することが好ましい。
　以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
≪実施例≫
　表１に記載の組成を有する熱処理型のアルミニウム合金を、図３に示した形状に半連続鋳造した。得られた鋳塊を均質化処理した後、それぞれ３０ｍｍの厚さに切断した（第一工程）。
　得られたアルミニウム合金鋳塊に塑性変形を加えて結晶方位を制御する第二工程の後、熱間鍛造（第三工程）［粗鍛造→仕上鍛造］を行い、図１に示す形状の鍛造品を得た。第二工程の塑性変形には熱間鍛造を用い、当該熱間鍛造の条件は、素材温度５００℃及び圧下率４０％とした。なお、得られた鍛造品にはＴ６調質処理を施した（第四工程）。
　得られた鍛造品の最大応力発生部位（図２に示すａ及びｂ）から試験片を採取し、シュミット因子の逆数（ｍ値）を上述のＳＥＭ－ＥＢＳＤ法にて算出した。なお、測定は日本電子製の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、ＴＳＬ製の後方散乱電子回折測定装置（ＥＢＳＤ）の複合システムを用いて行った。測定条件は、視野面積８００μｍ×８００μｍ、結晶方位測定点間の距離（ステップサイズ）３μｍである。測定後に、ＴＳＬ社製ＯＩＭシステムを用いて結晶方位解析を実施した。得られたシュミット因子の逆数（ｍ値）を表２に示す。
　また、鍛造品の最大応力発生部位（図２に示すａ及びｂ）から取得した試験片に関して引張試験を行い、０．２％耐力、引張強度、及び伸びを測定した。引張試験片はＪＩＳ Ｚ ２２４１に記載の１４号Ａ試験片を用いた。引張速度はＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠し、０．２％耐力までを２ｍｍ／ｍiｎ、０．２％耐力以降を５ｍｍ／ｍiｎとした。なお、Ｎ数は３本とし、平均値を計算した。得られた値を表２にそれぞれ示す。
≪比較例≫
　アルミニウム合金鋳塊の結晶方位を制御する第二工程を施さない以外は実施例と同様にして鍛造品を得た。また、実施例と同様にしてｍ値、０．２％耐力、引張強度、及び伸びを測定した。得られた値を表２にそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例の鍛造品においては、全ての試験片でシュミット因子の逆数（ｍ値）が２．３以上となっているが、比較例の鍛造品では全ての試験片でシュミット因子の逆数（ｍ値）が２．３未満となっている。これに対応して、実施例の鍛造品の０．２％耐力は比較例の鍛造品と比較して明瞭に向上していることが確認できる。
１・・・自動車用足回り部品、
２・・・アーム部、
４・・・ボールジョイント取付部、
６・・・ブッシュボス、
８・・・異形連鋳棒、
１０・・・スライス材。

Claims (7)

  1. 　アルミニウム合金製の鍛造部品であって、
    　外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向において、結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数の平均が２．３以上であること、
    　を特徴とする自動車用足回り部品。
  2. 　前記鍛造部品が熱処理型のアルミニウム合金製であること、
    　を特徴とする請求項１に記載の自動車用足回り部品。
  3. 　アルミニウム合金を鋳造する第一工程と、
    　前記第一工程で得られるアルミニウム合金鋳塊に塑性変形を加えて、結晶方位を制御し、外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向において、結晶方位から算出されるシュミット因子の逆数の平均が２．３以上とする第二工程と、
    　前記第二工程で得られる結晶方位制御アルミニウム合金に鍛造を施し、前記応力発生部位の前記シュミット因子の逆数の平均が２．３以上である鍛造部品を得る第三工程と、を有すること、
    　を特徴とする自動車用足回り部品の製造方法。
  4. 　前記第二工程と前記第三工程とを略同時に行う工程を有すること、
    　を特徴とする請求項３に記載の自動車用足回り部品の製造方法。
  5. 　前記第二工程は、前記アルミニウム合金鋳塊の端部を、外力が印加された場合の最大応力発生部位の負荷応力方向に伸長させるように塑性変形する工程であること、
    　を特徴とする請求項３又は４に記載の自動車用足回り部品の製造方法。
  6. 　前記第一工程の前記鋳造に半連続鋳造法を用い、
    　前記半連続鋳造法により鋳造した鋳造棒を、鋳造進行方向と略垂直方向に切断し、
    　前記切断によって得られるスライス材の断面形状を、前記鍛造部品を鍛造時の鍛造プレス作動方向へ投影した形状に近似するように設計し、
    　前記スライス材を前記アルミニウム合金鋳塊とすること、
    　を特徴とする請求項３～５のいずれかに記載の自動車用足回り部品の製造方法。
  7. 　更に、前記第三工程で得られた前記鍛造部品に溶体化処理及び時効処理を施す第四工程を有すること、
    　を特徴とする請求項３～６のいずれかに記載の自動車用足回り部品の製造方法。
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