(57)【要約】珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金の鋳造鍛造品は、足廻り部品、フレーム、エンジンのパーツなどのアルミ製自動車用各種部品として使用したとき、引張強度、耐力、伸び等の機械的特性においてより優れており、かつ、低コストで製造可能である。
2004031424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム合金からプリフォームを鋳造し、そのプリフォームから鍛造によりアルミニウム鋳造鍛造品を製造するアルミニウム鋳造鍛造品の製造での前記アルミニウム合金の使用。
【請求項３】
該プリフォームが最終製品の形状を１００％としたときに、その加工率が１８〜６０％に相当する形状を有するものである請求項２に記載のアルミニウム鋳造鍛造品の製造での使用。
【請求項４】
アルミニウム鋳造鍛造品が車両用足廻り部品、車両用フレーム、またはエンジンのパーツである請求項２または３に記載のアルミニウム鋳造鍛造品の製造での使用。
【請求項５】
珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金を、略６８０〜７８０℃で溶解し溶湯を得る溶解工程と、
前記溶湯を、略６０〜１５０℃の鋳型温度で鋳造し鍛造用素材としてのプリフォームを得る鋳造工程と、
前記鍛造用素材を、略３８０℃〜融点温度以下の表面温度に加熱し、鍛造して荒鍛造品を得る荒打鍛造工程と、
前記荒鍛造品を、略３８０℃〜融点温度以下の表面温度に加熱し、鍛造して仕上鍛造品を得る仕上鍛造工程と、
前記仕上鍛造品を、バリ抜きして最終製品とするトリミング工程とを含む、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム合金が、鍛造時に生じるバリを原料の一部とし含む請求項５に記載のアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法。
【請求項７】
前記最終製品の形状を１００％としたときに、前記プリフォームの形状の加工率が１８〜６０％である請求項６に記載のアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法によって作製された車両用足廻り部品、車両用フレーム、またはエンジンのパーツ。
【請求項９】
引張強度３２０ＭＰａ以上、耐力２８０ＭＰａ以上、伸び率１０％以上という機械的強度を有する請求項８に記載の車両用足廻り部品、車両用フレーム、またはエンジンのパーツ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、車両用部品等に用いられ、より低コスト化が図られた、鋳造鍛造用アルミニウム合金、アルミニウム鋳造鍛造品、及び、アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法に関する。より特定すれば、自動車の燃費改善のために軽量化が求められる車両用足廻り部品の製造に使用され、鍛造工程で生じたバリ等の不用な鍛造用材料を原料として用いることが出来る鋳造鍛造用アルミニウム合金と、機械的性質が優れていて、珪素、マグネシウム、銅、マンガンを特定量含有するアルミニウム鋳造鍛造品、及び、アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法に関する。
【背景技術】  地球環境問題の１つである地球温暖化は、人間のあらゆる活動における二酸化炭素の影響が大きいといわれており、工場や発電所から排出される二酸化炭素の低減と、自動車の燃料消費量低減が、世界的に強く求められている。１９９７年に京都で開催された気候変動枠組条約第３回会議、所謂地球温暖化防止会議ＣＯＰ３では、日本は主に二酸化炭素が占める温室効果ガス排出量を、１９９０年比で２００８〜２０１２年の平均で６％低減することを約束している。
これに基づき自動車の燃費には、ガソリンエンジンで２０１０年度、ディーゼルエンジンで２００５年度を目標年度として、車両質量区分別の燃費目標基準値が定められた。又、税制も低公害車を優遇する措置が取られ、今後更に、自動車購入者及び使用者の環境問題への理解度向上とともに、自動車製造業者においては、燃費向上のための技術開発を促進し、燃費の優れた自動車の開発に努めることが強く求められる。又、そういった開発が、業者間の競争に打ち勝つためには必要となってくる。
自動車の燃費改善対策には、燃料電池、天然ガス、及び、電気等の新しい動力源の利用、若しくは、それらのハイブリッドな利用、あるいは、希薄燃料エンジンや直噴エンジン等の原動機系の技術改善、更には、動力伝達系の損失改善や車体外形改善による走行抵抗の低減等があるが、最も効果があり、他のどの技術とも併用して適用可能なのが自動車質量の軽量化である。自動車そのものを軽量化すれば動力源への負荷が減り、何れの動力源であっても使用量を減らすことが可能となる。自動車質量の軽量化の一環として、自動車の運転操作性、乗り心地感の向上に寄与することから、自動車の足廻りの軽量化が、より優先度の高い対象として取り上げられているが、最近は、フレーム部分やエンジンの一部パーツも軽量化の対象として、その軽金属材料の使用が試みられている。
さて、自動車の軽量化を図るときにはコストアップという改善すべき課題がある。軽量化技術として構造設計技術と材料技術に大別されるが、車体構造や構成要素の抜本的改良に比べ、使用材料の変更がより取り組み易い軽量化手段であるが、それらの材料は総じて高コストである。軽量化材料としてはＦＲＰ等樹脂材料、高張力鋼板利用による鉄の薄板化、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、セラミックス、金属複合材料等が挙げられるが、その中で最も耐食性等の弱点が少なく、鉄に比べ高コストではあるが軽量化材料の中では、より低コストで、かつ、自動車の基本設計上の大幅変更を必要とすることなく、代替品として適用し易いのがアルミニウム合金である。
アルミニウム合金は、鉄の約１／３の密度で、既にエンジンシリンダヘッド、エンジンシリンダブロック等に、製造し易い鋳造品が多く用いられている。これらは高速射出成形、所謂ダイキャスト法によって製造され、生産効率が良く比較的低コストで製造可能であるが、厚肉で高い強度のものは作れず、上記のように、軽量化が要望される足廻り部品においては、強度不足による破損が安全に係わる重要な問題に直結するため、鋳造品の適用が困難であるという問題があった。
軽量化技術の検討がより進んでいる足廻り部品を例に挙げながら、技術の現状について、述べることとする。足廻り部品、例えば、ナックルステアリング、サスペンションアーム等に用いる材料には、腐食性が小さく強度や伸びの特性が充分で欠陥の少ないことが必要で、要求に合ったＡ６０６１合金鍛造品やＡＣ４ＣＨ合金スクイズ鋳造品（低速射出成形品）等が既に用いられているが、これらは高コストという問題が解決されておらず、適用が極めて限定されているのが現状である。
従来のＡ６０６１合金鍛造品等の、所謂純粋なアルミニウム鍛造品が高コストである理由は、工程数が多いこと、鍛造用原料そのものが高コストであること、且つ、製造工程中でバリ等の無駄が生じること、更に、そのバリ等の不用材が鍛造品としての原料にはリサイクル出来ないこと等が挙げられる。又、スクイズ鋳造品も工程数が多い上に射出スピードが遅いため、生産性が上がらず低コスト化が実現できていない。
このように、特に車両用部品においては軽量化を図るために、より腐食性、強度、伸びに優れ、欠陥がなく、低コストなアルミニウム製品が求められているが、これに応えて従来から、このようなアルミニウム製品を作製する材料として、改善された種々のアルミニウム合金が提案されている。
特開平５−５９４７７号公報によれば、成分調整によって結晶粒の粗大化を抑制し、機械的性質が優れたものとした鍛造用アルミニウム合金が提案されている。珪素１．０〜１．５質量％、マグネシウム０．８〜１．５質量％、銅０．４〜０．９質量％、マンガン０．２〜０．６質量％、クロム０．３〜０．９質量％他を含有する成分となるよう調整し、マトリックスの強度向上、結晶粒の粗大化抑制を図り、引張り強さ４０ｋｇｆ／ｍｍ２を実現したとしている。
しかしながら、強度の向上は図られているものの、低コストにならない上に、従来の鍛造用原料（Ａ６０６１合金）より銅を多く含んでいるために耐食性が低下し、又、マグネシウムが多く含まれるために流動性が低下し、鋳造性が劣るという問題が新たに生じていた。
又、鋳造性に優れ高強度な鍛造用アルミニウム合金材料が特開平７−２５８７８４号公報には提案されている。同公報によれば、珪素０．８〜２．０質量％、マグネシウム０．５〜１．５質量％、銅０．５〜１．０質量％、マンガン０．４〜１．５質量％、クロム０．１〜０．３質量％他を含有する成分となるよう調整したアルミニウム合金材料の溶湯を用いて、凝固過程の冷却速度を制御して連続鋳造した後、均熱処理を施し、続いて熱間鍛造を行って、その後に溶体化処理、更には時効処理を行って得たアルミニウム合金鍛造品は、最終製品に近い形状に鋳造する場合に、従来のＡ６０６１合金を原料とした際に生じていた鋳造割れが起きないとしている。
この提案においては、鋳造性の改良が成されているものの、やはり、従来の鍛造用原料（Ａ６０６１合金）に比べて、低コストに結びつかない上に、銅を多く含んでいるために耐食性が低下し、足廻り部品への適用には不安が残る。又、マグネシウムが多く含まれるために流動性が低下し、鋳造工程に上記のような厳密な制御が必要となり、むしろ製造コストは上がってしまうという問題が生じていた。
更には、機械的特性に優れた低コストな鍛造用アルミニウム合金が、特開平８−３６７５号公報には、提案されている。珪素０．６〜３．０質量％、マグネシウム０．２〜２．０質量％、銅０．３〜１．０質量％、マンガン０．１〜０．５質量％、クロム０．１〜０．５質量％他を含有し、且つ、Ｍｇ２Ｓｉが１．５質量％以上になるように成分調整したアルミニウム合金を、１０〜５０％の据込率で鍛造加工することにより、鋳造時に熱間割れが発生せず、鍛造後に強度を向上させることが出来るとしている。
この提案では、鋳造時に最終製品に近い形状に成形出来、押出工程を省略して鍛造出来るため製造コスト低減が図られているが、マンガンが過剰に含まれるために、強度が低下するといった問題が生じていた。マンガンは、アルミニウム結晶粒の成長を抑制して組織を微細に維持し、その結果、強度を向上する元素であるが、その量が多いと金属間化合物の生成が起き易く、かえって強度を低下させてしまうという問題がある。
我々も、特開２００２−３０２７２８号公報において、アルミニウム肉厚加工製品として、引張強さ、耐力、伸びが大きく、従来の鋳造鍛造品よりも機械的性質を向上させていて、耐食性に優れ、欠陥がなく高品質であり、又、低コストなアルミニウム鋳造鍛造品、及び、その製造方法を提案している。その提案においては、鍛造用素材となる鋳造鍛造用アルミニウム合金として、珪素０．２〜２．０質量％、マグネシウム０．３５〜１．２質量％、銅０．１〜０．４質量％、マンガン０．０１〜０．０８質量％を含有することを特徴とするアルミニウム合金を提案している。
上記の材料を使用することにより、所望の効果は上げうるものの、機械的強度の点で、使用条件によっては、市場ニーズに充分に答えうるとは言い難く、より一層機械的強度に優れた材料の提供が求められているのが現状である。
引張強度、耐力、伸び等の機械的特性においてより優れた、足廻り部品、フレーム、エンジンのパーツなどの自動車用各種部品として、適用可能で、且つ、低コストなアルミニウム製品が求められているが、適切なアルミニウム製品が提案されていないのが現状である。
【発明の開示】
本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来技術の問題を解決することにあり、より特定すれば、アルミニウム肉厚加工製品として、市場ニーズに答えうる、引張強さ、耐力、伸びを有するアルミニウム鋳造鍛造品、及び、その製造方法を提供することにある。即ち、珪素の含有量が３質量％以上というＡＣ４ＣＨの様な高濃度製品のように、鋳造加工が可能であり、かつ、ＡＣ４ＣＨの様に、低速鋳造を必要とすることなく、所望とする部品の最終形状に加工可能なアルミニウム合金材料、同材料により鋳造鍛造されたアルミニウム鋳造鍛造品、同アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法を提供することにある。ひいては、このアルミニウム鋳造鍛造品、及び、その製造方法によってもたらされる軽量の車両用各種部品の提供によって、自動車等の燃費低減を図り、排出二酸化炭素を削減し、地球温暖化防止等の環境対策に貢献することにある。
本発明者等は、上記の課題を解決するために、アルミニウム肉厚加工製品の原料や製法について種々検討した結果、珪素、マグネシウム、銅、マンガン、クロムをそれぞれ所定量含有させるとともに、所望により所定量のチタンを含有させることにより、流動性を高めて鋳造性を向上させていながら、市場ニーズに答えうる充分な強度アルミニウム鋳造鍛造品が得られることを見出して、本発明を完成させたものである。
即ち、本発明によれば、鋳造後鍛造用素材と使用する鋳造鍛造用アルミニウム合金であって、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金が提供される。この鋳造鍛造用アルミニウム合金は、市場ニーズとされる引張強度３２０ＭＰａ以上、耐力２８０ＭＰａ以上、伸び率１０％以上という機械的強度を有する足廻り部品を含む各種車両用部品の製造に使用することが可能である。所望とする最終製品の製造に使用するに際しては、最終製品の形状を１００％としたときに、その加工率が１８〜６０％であるプリフォーム成形品を、上記アルミニウム合金を用いて鋳造して、次いで、同プリフォームを鍛造して、最終製品の形状とすればよく、これにより、ＡＣ４ＣＨを用いて、低速鋳造する場合に比べて、低コストでかつ高い生産性で、車両用部品等を製造することが可能となる。
又、本発明によれば、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になる上記アルミニウム合金からプリフォームを鋳造した後、このプリフォームを鍛造して作製したアルミニウム鋳造鍛造品であって、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム鋳造鍛造品も提供される。かくして製造されるアルミニウム鋳造鍛造品は、車両用足廻り部品や、車両用フレーム、エンジン用パーツとして使用可能な充分な機械的強度を有する。
更に、本発明によれば、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法であって、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金である鍛造用材料を、約６８０〜７８０℃で溶解し溶湯を得る溶解工程と、得られた溶湯を、約６０〜１５０℃の鋳型温度で鋳造し鍛造用素材を得る鋳造工程と、鍛造用素材を、約３８０℃〜融点温度以下の表面温度に加熱し、鍛造して荒鍛造品を得る荒打鍛造工程と、荒鍛造品を、約３８０℃〜融点温度以下の表面温度に加熱し、鍛造して仕上鍛造品を得る仕上鍛造工程と、仕上鍛造品を、バリ抜きして最終製品とするトリミング工程とを含むアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法が提供される。
鍛造用材料としては、本発明に係るアルミニウム合金の組成となるように、各成分を調整しながら、鍛造時に生じたバリを原料として、再利用してもよい。なお、最終製品の形状を１００％としたときに、鍛造用素材、即ち、プリフォームの形状加工率は１８〜６０％であることが好ましい。かくして、本発明に係るアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法によって好適に車両用足廻り部品や、車両用フレーム、エンジン用パーツを作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の一実施例を示す側面図である。
図２（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法の一実施例を示す図で、図２（ａ）は、鋳造時の加工率毎の、プリフォームの形状の違いを示す概略説明図であり、図２（ｂ）は、鋳造時に内部欠陥が生じた成形体の一例を示す拡大側面図であり、図２（ｃ）は、鋳造時に内部欠陥のない成形体の一例を示す拡大側面図である。
図３（ａ）および（ｂ）は、加工率を説明するためのプリフォームの断面図である。
なお、図面中の参照番号は、それぞれ以下で規定する部材、装置、部位等をそれぞれ示す。
２１，２２…円柱試験片、４０…ナックルステアリング、４１，４２，４３，４４…試験片採取位置、５０…内部欠陥。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明の鋳造鍛造用アルミニウム合金、アルミニウム鋳造鍛造品、及び、アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法について、実施の形態を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
本発明においては、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金を用いて先ず、プリフォームを鋳造し、次いで、このプリフォームを鍛造して所望の形状を有する鋳造鍛造品を製造する。上記のような配合からなるアルミニウム合金を使用することで、市場ニーズに叶った機械的強度を有する、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品が作製可能となる。このものは、使用環境の厳しい車両用部品、特に、自動車の足廻り部品、車両用のフレーム、エンジンのパーツとして好適に用いることが可能である。
以下、本発明の鋳造鍛造用アルミニウム合金、及びアルミニウム鋳造鍛造品を具体的に説明する。
本発明の鋳造鍛造用アルミニウム合金は、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金である。
珪素は、アルミニウム合金中に含有させることによって、流動性を高め、引け巣性を改善するのに役立ち、又、マグネシウムとの混在でＭｇ２Ｓｉとして析出し、伸び、引張り強さ、耐力等の機械的強度の改善にも寄与する元素である。珪素の含有量が０．６質量％未満では、充分な機械的強度が確保されない。一方、珪素の含有量が１．８質量％を超えると伸びが低くなり、市場ニーズに対応した製品を製造することが出来なくなるので、好ましくない。なお、珪素の量は、好ましくは、０．８〜１．３質量％、更に好ましくは、０．８〜１．１質量％である。
マグネシウムは、アルミニウム合金中に含有させることによって、珪素との混在でＭｇ２Ｓｉとしてマトリックス中に析出し、伸び、引張り強さ、耐力等の機械的強度を改善する元素である。本発明は、低コストであるが従来の鍛造品に代わるアルミニウム鋳造鍛造品であるので、従来以上の強度は不可欠であり、マグネシウムの含有が必要となる。しかし、多く入れても強度の改善は頭打ちになるばかりか、入れすぎると、マグネシウムは酸化し易い元素であるので溶湯の酸化が促進され、流動性が低下し鋳造欠陥が生じ易くなる。又、耐腐食性も低下し、製品としたとき劣悪な使用環境に耐えられない。従って、少なめに含有することが好ましい。
マグネシウムは、鋳造鍛造用アルミニウム合金中に０．６〜１．８質量％含むことが好ましい。マグネシウムが０．６質量％未満では、Ｍｇ２Ｓｉの析出量が不足し、強度不足となるので好ましくなく、１．８質量％より多い場合には、上記に加えて、焼入れ感受性が低下し鍛造欠陥も起き易くなる結果、鍛造品としての品質が低下し、やはり機械的強度の低下を招くことになるので好ましくない。好ましくは、０．６〜１．２質量％、更に好ましくは、０．７〜１．１質量％である。
銅は、これをアルミニウム合金中に含有させることによって、強度改善を図ることが出来る元素である。銅を含有させた鍛造品では、冷却後に常温放置し、時間をかけて結晶を析出させる、所謂時効処理で発現するＡｌ−Ｃｕ、又は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の析出物を得ることが出来、これらによって、上記のような析出したＭｇ２Ｓｉによる強度改善作用を促進させることで強度が向上する。本発明では、鍛造品として従来以上の強度が不可欠なので、銅を含有させることが好ましい。しかし、例えば、自動車の足廻り部品等の耐腐食性が最重要視される製品への適用を考慮した場合に、酸化し易い銅は、入れすぎると腐食し易くなるので、添加する量を出来るだけ低めに制御することが好ましい。
銅は、鋳造鍛造用アルミニウム合金中に０．８質量％またはそれ以下が含まれることが好ましい。銅が０．８質量％よりも多くなると、耐腐食性が低下し、錆び易くなり長期にわたり強度を維持出来なくなるので好ましくない。好ましくは、０．００５質量％以上、０．３質量％未満、更に好ましくは、０．１質量％よりも多く、０．２質量％未満である。
マンガンは、アルミニウム合金中に含有させることによって、アルミニウム合金が再結晶し、結晶粒が成長するのを抑制する元素である。その結果、アルミニウム合金中の組織が微細に維持され、強度が保たれる。本発明では、長期にわたって伸び、引張り強さ、耐力等の機械的強度が保持されることが必要なので、マンガンを微量含有させることが必要となる。しかし、入れすぎると鍛造時に加工性が低下し、又、金属間化合物が生成され、機械的強度、特に伸びの低下がみられるようになる。
マンガンは、鋳造鍛造用アルミニウム合金中に０．２〜１．０質量％含むことが好ましい。マンガンが０．２質量％未満では、所望とする強度が発揮されないことがあり、１．０質量％より多い場合には、鍛造加工性が低下し、欠陥が生じ易くなるので好ましくない。より好ましくは、０．５質量％より多く、０．７質量％以下である。
クロムは、アルミニウム合金中に含有させることによって、分散粒子を形成し、再結晶後の粒界移動を妨げる効果があるので、微細な結晶粒や亜結晶粒を得ることができる。クロムは、鋳造鍛造用アルミニウム合金中に０．２５質量％またはそれ以下含むことが好ましい。クロムが０．２５質量％を超えて含まれていても、所望とする効果が発揮されないことがあり、好ましくない。より好ましくは、０．０４〜０．２５質量％である。
チタンは、アルミニウム合金中に含有させることによって、鋳塊の結晶粒を微細化し、鍛造時の加工性を向上させる。チタンは、鋳造鍛造用アルミニウム合金中に０．０〜０．１５質量％含むことが好ましい。なお、チタンが含まれていなくとも、格別大きな支障を生ずることはない。
本発明の鋳造鍛造用アルミニウム合金、及び、アルミニウム鋳造鍛造品における含有微量金属は、上記の通りであり、残りは不可避的に含まれる不純物とアルミニウムである。なお、不可避的に含まれる不純物はできるだけ、少量であることが好ましく、０．１質量％未満、好ましくは、０．０５質量％以下である。
なお、本発明に係る鋳造鍛造方法においては、鍛造工程で発生する一般に使用する原料の概ね３０％にもなるバリを回収して、これを本発明に係るアルミニウム合金の原料として再利用できる。従って、本発明では、原料費の削減を図ることが出来る。
次いで、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の製造方法について説明する。
上記の通り、鍛造時に生じるバリを原料として用いることが好ましい。この原料は、目的とする、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜１．０質量％、クロム０．２５質量％またはそれ以下、およびチタン０．０〜０．１５質量％並びに不可避的に含まれる不純物より本質的になるアルミニウム合金となるように、不足となる金属を純粋な該当金属として用意するか、若しくは、その他のアルミニウム合金を混合する等の手段によって、上記目的成分となるように調整する。この際、不可避な不純物は、アルミニウム合金中には、合計で０．１質量％以上は含まれないようにすることが好ましい。
これらの原料を、溶解炉に入れて約６８０〜７８０℃に熱して溶解し、次いで、保持炉に入れて脱ガス処理及び脱酸処理を施し溶湯を得る。そして、この溶湯から、鋳造装置を用いて金型成形し、鍛造用素材を得る。この際、金型の温度は、約６０〜１５０℃に調整しておくことが好ましい。又、この金型は、最終の鍛造製品の形状を１００％としたときに、加工率を概ね１８〜６０％とする形状であることが、その後の鍛造によって強度が向上し、又、鍛造工程もより簡略化出来るので好ましい。即ち、この加工率を概ね１８〜６０％とすることで、鍛造による強度向上効果と鍛造工程の簡略化によるコストダウンとのバランスが取れる。
ここで加工率とは加工の程度を表す値で、例えば、図３（ａ）に示すような初めの厚さＤ１の材料Ａが荷重Ｆによって加工され、図３（ｂ）に示すように加工後に厚さＤ２となったときに、その加工率Ｒは次式で表される。
Ｒ［％］＝（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１×１００    （Ｄ１＞Ｄ２）
但し、加工後の厚さＤ２の方が厚い場合には、次式で表す。
Ｒ［％］＝（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００    （Ｄ２＞Ｄ１）
即ち、本発明において、鋳造によって最終の鍛造製品の形状を１００％としたときに加工率が概ね１８〜６０％である形状のいわゆるプレフォームを得ることとは、その鍛造用素材を鍛造して最終製品を得る場合に、鍛造用素材の各部分の厚さと、最終製品において相当する各部分の厚さとを用いて求めた加工率が、各部分において概ね１８〜６０％におさまるような形状のプレフォームを鋳造によって得るということである。
次いで、鋳造装置を用いて金型成形し得られた鋳造品、即ち、鍛造用素材を、約３８０℃〜融点温度以下の表面温度に加熱し、鍛造プレスによって型打ちし、荒鍛造品を得る。荒鍛造品は、冷却後、再度、約３８０℃〜融点温度以下の表面温度に加熱して、鍛造プレスによって仕上げの型打ちを行い、仕上鍛造品を得る。この仕上鍛造品に、トリミングを行って、Ｔ６処理等の熱処理を施し、鍛造製品とする。鍛造プレスの荷重は、例えば、自動車用足廻り部品であるナックルステアリングを製造する場合に、荒鍛造では概ね２６００〜２８００トン、仕上鍛造では概ね３２００〜３８００トンである。このような製造工程によって本発明のアルミニウム鋳造鍛造品が得られる。
本発明においては、本発明の製造工程中の、鍛造プレス、及びトリミングによって生じるバリも、バリ抜き機によって集められて、再び本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の原料として再利用することが可能である。従って、鍛造用原料が全てリサイクルされ、廃棄物や安価な鋳造用原料となることがない。
本発明の、アルミニウム鋳造鍛造品の製造方法では、原料を溶かして溶湯を得た後に、鋳造用の金型を、最終の鍛造製品の形状を１００％としたときの加工率が、概ね１８〜６０％程度として、鍛造による強度向上の効果を得ながら、従来の鍛造用原料より製品の形状に近づけ、プレスし易くしているため、従来の鍛造工程のように、押出、切断、加熱、粗鍛造、荒鍛造、仕上鍛造、トリミングといった工程を経ずに製造工程が簡略化出来ていて、製造コストの低減が図られている。
【実施例】  以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１および２）
図１は、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の一実施例を示す図で、自動車用部品のナックルステアリング４０である。
Ａ６０８２合金の端材に、銅を少量加えて、珪素０．６〜１．８質量％、マグネシウム０．６〜１．８質量％、銅０．８質量％またはそれ以下、マンガン０．２〜
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実施例１、及び実施例２の結果より、本発明のアルミニウム鋳造鍛造品の機械的性質は、引張り強さ、耐力、伸びの全てにおいて、市場要求水準を満足させ得る性能が確保されていた。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明によれば、引張強度、耐力、伸び等の機械的特性において、より市場ニーズに叶ったアルミニウム鋳造鍛造品がより簡単な製造工程により、生産性良く、かつ、低コストで提供される。そして、このアルミニウム鋳造鍛造品により、例えば、軽量で安価な、車両用足廻り部品、車両用のフレーム、エンジンのパーツなどの各種車両部品が提供されるので、車両の軽量化を通して自動車等の燃費が低減され、その結果、排出二酸化炭素が削減され、地球温暖化防止に貢献するといった効果を奏する。
【図１】
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【国際調査報告】
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