(57)【要約】【課題】製品本体部とブッシュ圧入部と有し、製品本体部を鍛造成形する際の鍛造方向とブッシュ圧入部に対する圧入方向とが異なる（平行でない）アルミ鍛造部材を製造するに当たり、P/Lがブッシュ圧入部の圧入方向に対して傾斜するようにし、もって、耐応力腐食割れ性（耐SCC性）を向上させることのできるアルミ鍛造部材の製造方法を提供する。【解決手段】素材から製品本体部を閉塞鍛造した後に、製品本体部が閉塞鍛造された中間材の向きを変えて、ブッシュ圧入部を鍛造（バリ出し鍛造）成形する際の鍛造方向をブッシュ圧入部の圧入方向と揃える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金からなる素材から、製品本体部とブッシュ圧入部とを備え、前記製品本体部を鍛造成形する際の鍛造方向と前記ブッシュ圧入部に設けられた孔に対する圧入方向とが平行でないアルミ鍛造部材を製造する製造方法であって、
前記素材から前記アルミ鍛造部材のうちの前記製品本体部を閉塞鍛造する第１工程と、
前記製品本体部が閉塞鍛造された中間材の向きを変えて、前記中間材のうちの前記ブッシュ圧入部に対応するブッシュ圧入部分に、前記ブッシュ圧入部の圧入方向と同じ方向に圧力を付加するバリ出し鍛造を施す第２工程と、
バリ出し鍛造が施された前記ブッシュ圧入部分に、前記圧入方向に向けて孔を開設して、前記ブッシュ圧入部を形成する第３工程と、
前記ブッシュ圧入部の前記孔にブッシュを圧入する第４工程と、を含む、アルミ鍛造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミ鍛造部材の製造方法に係り、特に、耐応力腐食割れ性を向上させたアルミ鍛造部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野においては、軽量化と操縦安定性・乗り心地向上などのために、アッパーアーム、ロアーアームなどの足廻り部品に対するアルミ鍛造材料の適用が拡大しつつある。
【０００３】
この自動車用足廻り部品を構成するアルミ鍛造材料としては、耐食性と強度のバランスが取れた6000系（Al-Si-Mg系合金）などのアルミニウム合金が主に採用されており、連続鋳造あるいは押出し加工により作製されたアルミニウム合金からなる素材を熱間鍛造した後、溶体化処理、焼入れ処理、及び時効処理などを経て所定の強度が付与され、その後、部品形状へと加工される。
【０００４】
このような工程をベースとして、素材成分の最適化、鍛造熱処理後結晶組織の微細化（再結晶粗大化の抑制）により強度の向上を図る提案が既になされている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、一般的な6000系アルミニウム合金（例えば、A6061合金等）と比較して、析出元素であるSiやCuを増量添加することでマトリクス強化を行い、さらにMn、Crを添加して鍛造温度を高温化することで結晶組織を微細化して、強度を向上させることが提案されている。
【０００６】
しかし、上記のような高強度化されたアルミ鍛造材料からなるアルミ鍛造部材においても、熱処理条件や鍛造フローの方向などによっては、腐食環境下において、応力腐食割れ（以降、SCC：Stress Corrosion Crackingと称する）の感受性が高くなることが懸念されている。特に、前記アルミ鍛造部材では、鍛造見切り線（パーティングラインとも言い、以降、P/L:Parting Lineと称する）近傍において結晶粒の方向が揃いやすいため、例えば自動車用足廻り部品として使用され、ブッシュ圧入等により発生する引張応力がP/Lに対して直交する方向に働くと、SCCが発生する恐れがある。より詳しくは、鍛造成形する際に形成されるP/L近傍（バリが発生する部分）では、断面で視たときに組織が均一でなく、P/Lに向かって結晶粒が細長く伸びた形状となるため、ブッシュを圧入したときにP/L部分に応力が集中するが、そのブッシュ圧入により発生する引張応力がP/Lに対して直交する方向に働くと、応力集中が発生しやすくなり、SCCが発生する可能性が高まるというものである。
【０００７】
例えば、自動車用のステアリングナックルでは、タイロッドとの締結部において鉄製のカラーが圧入されることがあるが、従来の鍛造プロセスで作製されたステアリングナックルでは、カラー（又は、ブッシュ）の圧入方向と鍛造成形する際に形成されるP/Lの方向とが平行となっており（言い換えれば、カラー圧入方向に沿った方向にP/Lが形成されており）、カラーの圧入により発生する引張応力がP/Lを引き剥がす方向に作用している。すなわち、従来の鍛造プロセスでは、P/Lの方向が上記のようにSCCの感受性が高まる条件となっていることがあり、部品への負荷応力が材料のSCC下限許容応力を超過する場合には、前記SCCが発生する可能性がある（下記特許文献２も併せて参照）。
【０００８】
このようなSCC感受性を低減するための対策として、過時効処理（Ｔ７処理）を付加的に実施する場合があるが、その背反として、ピーク時効条件よりも強度が低下するため、材料が持つべき本来の強度を発現できなくなる。
【０００９】
また、当該自動車分野においては、更なる軽量化へのニーズに対応するために、6000系アルミニウム合金の範疇を超えて、例えば7000系アルミニウム合金（Al-Zn-Mg系合金）の適用なども検討されているが、7000系アルミニウム合金は6000系アルミニウム合金よりもSCCの感受性が増大することが知られており、腐食環境の厳しい自動車用足廻り部品への適用は限定されている。
【００１０】
上記のような問題に対し、特許文献３では、鍛造サスペンション部材を機械加工して形成されるサスペンションアームにおいて、ボールジョイント部におけるパーティングライン（P/L）をボールジョイント部およびアーム部の側面で厚み方向における中央付近に配置することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１５−１９３９０３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７５２６２号公報
【特許文献３】特開２００５−０８２１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３に所載の従来技術では、製品としてのサスペンションアーム全体の鍛造方向とその製品に設けられたブッシュ圧入部としてのボールジョイント部に対するスタッドボルトの挿通方向とが略同じ方向に設定されており、例えば、前記した自動車用のステアリングナックルのように、製品自体が、その主要部分である（大部分を占める）製品本体部とブッシュ等が圧入される孔が設けられたブッシュ圧入部とで構成され、製品本体部の鍛造方向とブッシュ圧入部（に設けられた孔）に対する圧入方向とが異なる（平行でない）場合に、如何にして、P/Lをブッシュ圧入部の圧入方向と一致させないようにするかについては一切言及されていない。
【００１３】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、製品本体部とブッシュ圧入部と有し、製品本体部を鍛造成形する際の鍛造方向とブッシュ圧入部に対する圧入方向とが異なる（平行でない）アルミ鍛造部材を製造するに当たり、P/Lがブッシュ圧入部の圧入方向に対して傾斜するようにし、もって、耐応力腐食割れ性（耐SCC性）を向上させることのできるアルミ鍛造部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明によるアルミ鍛造部材の製造方法は、アルミニウム合金からなる素材から、製品本体部とブッシュ圧入部とを備え、前記製品本体部を鍛造成形する際の鍛造方向と前記ブッシュ圧入部に設けられた孔に対する圧入方向とが平行でないアルミ鍛造部材を製造する製造方法であって、前記素材から前記アルミ鍛造部材のうちの前記製品本体部を閉塞鍛造する第１工程と、前記製品本体部が閉塞鍛造された中間材の向きを変えて、前記中間材のうちの前記ブッシュ圧入部に対応するブッシュ圧入部分に、前記ブッシュ圧入部の圧入方向と同じ方向に圧力を付加するバリ出し鍛造を施す第２工程と、バリ出し鍛造が施された前記ブッシュ圧入部分に、前記圧入方向に向けて孔を開設して、前記ブッシュ圧入部を形成する第３工程と、前記ブッシュ圧入部の前記孔にブッシュを圧入する第４工程と、を含む方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、素材から製品本体部を閉塞鍛造した後に、製品本体部が閉塞鍛造された中間材の向きを変えて、ブッシュ圧入部を鍛造（バリ出し鍛造）成形する際の鍛造方向をブッシュ圧入部の圧入方向と揃えたので、ブッシュ圧入部におけるP/Lがブッシュ圧入部の圧入方向に対して傾斜するようになる。そのため、P/L部分で応力集中が発生しにくくなり、その結果、SCCの影響が小さくなり、耐SCC性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のアルミ鍛造部材の製造方法の実施形態を説明したフロー図である。
【図２】本発明のアルミ鍛造部材の製造方法の実施形態を模式的に説明した説明図である。
【図３】（Ａ）は、本発明のアルミ鍛造部材の製造方法によって製造されたアルミ鍛造部材のブッシュ圧入部を拡大して示した拡大斜視図であり、（Ｂ）は、従来の製造方法によって製造されたアルミ鍛造部材のブッシュ圧入部を拡大して示した拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明のアルミ鍛造部材の製造方法の実施形態を説明する。
【００１８】
なお、以下では、主に、アルミ鍛造部材として、自動車用の足廻り部品の一種である、ブッシュやカラーが圧入される貫通孔が開設されたナックルアーム部（ブッシュ圧入部）を有するステアリングナックルを製造する方法について説明するが、製造対象のアルミ鍛造部材としては、主要部分である（大部分を占める）製品本体部とブッシュやカラーが圧入される孔（貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい）が設けられたブッシュ圧入部とを備えていれば、前述のもの限定されないことは当然である。
【００１９】
図１は、本発明のアルミ鍛造部材の製造方法の実施形態を説明したフロー図であり、図２は、本発明のアルミ鍛造部材の製造方法の実施形態を模式的に説明した説明図である。
【００２０】
本発明のアルミ鍛造部材の製造方法は、例えば、Cu添加量が0.30%以上である6000系（Al-Si-Mg系合金）または7000系（Al-Zn-Mg系合金）の時効析出型アルミニウム合金であるアルミニウム合金から、主要部分である（大部分を占める）製品本体部とブッシュやカラーが圧入される貫通孔が開設されたナックルアーム部（ブッシュ圧入部）とを有するとともに、製品本体部を鍛造成形する際の鍛造方向とナックルアーム部（ブッシュ圧入部）に設けられた貫通孔に対する圧入方向とが平行でない（異なる）自動車用のステアリングナックルを製造する方法である。
【００２１】
前記アルミ鍛造部材（ステアリングナックル）の製造方法は、図１および図２で示すように、基本的に、素材形成工程Ｓ１と、均質化熱処理工程Ｓ２と、加熱工程Ｓ３と、潰し工程Ｓ４と、閉塞鍛造工程Ｓ５と、再加熱工程Ｓ６と、バリ出し鍛造工程Ｓ７と、トリミング工程Ｓ８と、溶体化処理工程Ｓ９と、焼入れ工程Ｓ１０と、時効処理工程（最大強さを得る人工時効処理工程）Ｓ１１と、孔加工工程Ｓ１２と、圧入工程Ｓ１３と、を含む。
【００２２】
なお、必要に応じて、前記した各工程に、表面処理工程、脱ガス工程などを含んでもよい。
【００２３】
前記した各工程のうち、素材形成工程（溶解・鋳造あるいは押出し加工により、アルミニウム合金（時効析出型アルミニウム合金）からなる素材を形成する工程）Ｓ１、均質化熱処理工程（前記素材を均質化熱処理する工程）Ｓ２、加熱工程（前記均質化熱処理した素材を加熱（例えば、500度以上かつ溶融開始温度以下に加熱）する工程）Ｓ３、潰し工程（前記加熱された素材に対して所定の方向に圧力を付加して所定の形状（後工程の鍛造成形に適した形状）に成形する工程）Ｓ４、アルミ鍛造材料の必要な強度、靭性、および耐食性を得るために行われるＴ６工程である、溶体化処理工程Ｓ９、焼入れ工程Ｓ１０、および時効処理工程Ｓ１１については、従来知られた工程とほぼ同様であるため、以下では、それ以外の工程（Ｓ５〜Ｓ８、Ｓ１２、Ｓ１３）について詳述する。
【００２４】
（閉塞鍛造工程Ｓ５）
閉塞鍛造工程Ｓ５は、加熱工程Ｓ３で加熱され、かつ、潰し工程Ｓ４で所定の形状に成形された鍛造素材に熱間鍛造を施す工程である。この閉塞鍛造工程Ｓ５では、前記加熱工程Ｓ３で加熱された素材（特に、そのうちの製品本体部に対応する部分）を閉塞鍛造して、前記素材からアルミ鍛造部材のうちの製品本体部を鍛造成形する。
【００２５】
（再加熱工程Ｓ６）
再加熱工程Ｓ６では、前記閉塞鍛造工程Ｓ５により製品本体部が鍛造成形された中間材を再加熱（例えば、500度以上かつ溶融開始温度以下に加熱）する。
【００２６】
（バリ出し鍛造工程Ｓ７）
バリ出し鍛造工程Ｓ７は、再加熱工程Ｓ６で加熱された中間材に熱間鍛造を施す工程である。このバリ出し鍛造工程Ｓ７では、前記再加熱工程Ｓ６で加熱された中間材の向きを変えて（ここでは、中間材（ワーク）を90度回転させて）、前記中間材のうちのブッシュ圧入部（ナックルアーム部）に対応するブッシュ圧入部分（ここでは、製品本体部以外の部分）に、前記ブッシュ圧入部の圧入方向と同じ方向に圧力を付加するバリ出し鍛造を施す。
【００２７】
（トリミング工程Ｓ８）
トリミング工程Ｓ８では、前記バリ出し鍛造を施した中間材におけるブッシュ圧入部分の鍛造バリのバリ取りを行い、その後、Ｔ６工程（溶体化処理工程Ｓ９、焼入れ工程Ｓ１０、および時効処理工程Ｓ１１）を施す。
【００２８】
（孔加工工程Ｓ１２）
孔加工工程Ｓ１２では、前記Ｔ６工程（溶体化処理工程Ｓ９、焼入れ工程Ｓ１０、および時効処理工程Ｓ１１）が施された中間材のブッシュ圧入部分に、圧入方向に向けて孔（ここでは、貫通孔）を開設して、アルミ鍛造部材（ステアリングナックル）のうちのブッシュ圧入部（ナックルアーム部）を形成する。
【００２９】
（圧入工程Ｓ１３）
圧入工程Ｓ１３では、ブッシュ圧入部（ナックルアーム部）に形成された孔にブッシュ（やカラー）を圧入する。
【００３０】
上記する各工程を経ることにより、具体的には、素材から製品本体部を閉塞鍛造した後に、製品本体部が閉塞鍛造された中間材の向きを変えて、ブッシュ圧入部を鍛造（バリ出し鍛造）成形する際の鍛造方向をブッシュ圧入部の圧入方向と揃えることにより、ブッシュ圧入部におけるP/Lがブッシュ圧入部の圧入方向に対して傾斜するようになる（ここでは、直交するようになる）（図３も併せて参照）。そのため、P/L部分で応力集中が発生しにくくなり、その結果、SCCの影響が小さくなり、耐SCC性を向上させることができる。
【００３１】
［試験体による耐応力腐食割れ性（耐SCC性）を測定した実験とその結果］
本発明者等は、組成および製法の異なる４つの試験体（実施例１、２、比較例１、２）を作製し、それぞれの試験体に対して耐SCC性測定を実施した。
【００３２】
＜各試験体の化学成分組成＞
以下の表１は、各試験体（実施例１、２、比較例１、２）の化学成分組成を示した一覧表である。ここで、実施例１および比較例１（材質Ａ）は、AA6110合金に相当するものであり、実施例２および比較例２（材質Ｂ）は、A7075合金に相当するものである。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
＜各試験体の製造方法＞
本発明者等は、表１で示す化学成分組成のアルミニウム合金を溶解・鋳造して鋳塊（鍛造素材）を形成し、その素材から、図１および図２に基づき説明した閉塞鍛造工程やバリ出し鍛造工程などを含む製造方法によってステアリングナックル（実施例１、実施例２）を作製した。また、本発明者等は、表１で示す化学成分組成のアルミニウム合金を溶解・鋳造して鋳塊（鍛造素材）を形成し、その素材から、従来の製造方法（具体的には、上記した本発明の製造方法のうち、再加熱工程、バリ出し鍛造工程、トリミング工程を省略し、閉塞鍛造工程にて製品本体部とともにブッシュ圧入部分を鍛造成形する方法）によってステアリングナックル（比較例１、比較例２）を作製した。
【００３５】
なお、以下の表２は、各試験体（実施例１、２、比較例１、２）のＴ６処理条件を示した一覧表である。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
＜各試験体による引張試験とその結果＞
本発明者等は、JIS Z2241の規定に準じて、各試験体に対して引張試験を実施し、各試験体の引張強度、0.2%耐力、伸びの測定を行った。
【００３８】
その引張試験の結果、実施例１と比較例１の試験体はともに、引張強度が390MPa、0.2%耐力が370MPa、伸びが10%であり、実施例２と比較例２の試験体はともに、引張強度が560MPa、0.2%耐力が510MPa、伸びが10%であった。すなわち、実施例１と比較例１の試験体、実施例２と比較例２の試験体において、引張強度、0.2%耐力、伸びは同等であった。
【００３９】
＜各試験体による耐応力腐食割れ性（耐SCC性）の測定試験とその結果＞
本発明者等は、各試験体（具体的には、Ｔ６工程後かつ孔加工工程前の各試験体）のステアリングナックルのナックルアーム部からＣ型の試験片（Ｃリング試験片）を切出し加工し、JIS H8711の規定に準じて、塩水交互浸漬法による応力腐食割れ試験を実施した。
【００４０】
以下の表３は、各試験体の耐SCC性の測定結果を示した一覧表である。表３においては、各負荷応力に対して60日間評価を実施した際に、割れ（応力腐食割れ：SCC）が発生しなかった場合をOK（○）、割れが発生した場合をNG（×）で示している。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
その応力腐食割れ試験の結果、比較例１の試験体では、鍛造フローが最悪方向となるため（図３（Ｂ）参照）、200MPa以上の応力負荷でSCCが発生した。一方で、実施例１の試験体では、鍛造フローがSCC感受性の低い方向となり（図３（Ａ）参照）、340MPa（耐力の約90%に相当）でもSCCは発生しなかった。
【００４３】
また、比較例２の試験体では、負荷応力に関わらず、SCCが発生した。一方、実施例２の試験体では、220MPa以下の負荷応力ではSCCが発生しなかった。なお、実施例２の試験体においても、肉厚や形状を最適化し、部品への入力を下げることで、SCCの発生を更に抑制できるとともに、更にSCC感受性の高い材料についても適用可能であると考えられる。
【００４４】
この実験結果より、素材から製品本体部を閉塞鍛造した後に、製品本体部が閉塞鍛造された中間材の向きを変えて、ブッシュ圧入部を鍛造（バリ出し鍛造）成形する際の鍛造方向をブッシュ圧入部の圧入方向と揃えることにより、引張強度などを維持しながら、耐SCC性を向上できることが実証された。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
Ｓ１…素材形成工程、Ｓ２…均質化熱処理工程、Ｓ３…加熱工程、Ｓ４…潰し工程、Ｓ５…閉塞鍛造工程、Ｓ６…再加熱工程、Ｓ７…バリ出し鍛造工程、Ｓ８…トリミング工程、Ｓ９…溶体化処理工程、Ｓ１０…焼入れ工程、Ｓ１１…時効処理工程、Ｓ１２…孔加工工程、Ｓ１３…圧入工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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