JP2012184505A - 疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材およびその製造方法ならびに自動二輪車用スイングアーム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Al−Zn−Mg系アルミニウム合金からなるアルミニウム合金中空異形材であって、該中空異形材の外表面において圧縮残留応力を有する。さらに断面内全域において500μm以上の大きさの粗大再結晶粒が存在しない。Al−Zn−Mg系アルミニウム合金からなる押出管を用い、350〜480℃の温度で1分以上保持することにより溶体化処理を行い、その直後に焼入れを行い、焼入れ後2時間以内に周長増加率の最大値が50%以下のハイドロ成形を行い、その後90〜160℃の温度で4〜30時間の人工時効処理を行う。
【選択図】 なし
Description
請求項2に係る疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材は、請求項1において、さらに断面内全域において500μm以上の大きさの粗大再結晶粒が存在しないことを特徴とする。
請求項3に係る疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材は、請求項1または2において、Al−Zn−Mg系アルミニウム合金がZn:2.0〜10.0%(質量%、以下同じ)、Mg:0.5〜2.5%、Cu:0.05〜0.50%、Zr:0.10〜0.20%を含有し、さらに必要に応じてMn:0.70%以下(0%を含まず)、Cr:0.30%以下(0%を含まず)のうち1種または2種を含有し、残部が不可避不純物およびアルミニウムからなることを特徴とする。
請求項4に係る疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材は、請求項1または2において、Al−Zn−Mg系アルミニウム合金がZn:4.0〜6.5%、Mg:0.5〜2.0%、Cu:0.05〜0.50%、Zr:0.10〜0.20%を含有し、さらに必要に応じてMn:0.70%以下(0%を含まず)、Cr:0.30%以下(0%を含まず)のうち1種または2種を含有し、残部が不可避不純物およびアルミニウムからなることを特徴とする。
請求項5に係る疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材は、請求項1または2において、Al−Zn−Mg系アルミニウム合金がZn:7.5〜8.5%、Mg:1.3〜2.1%、Cu:0.05〜0.50%、Zr:0.10〜0.20%を含有し、さらに必要に応じてMn:0.70%以下(0%を含まず)、Cr:0.30%以下(0%を含まず)のうち1種または2種を含有し、残部が不可避不純物およびアルミニウムからなることを特徴とする。
請求項6に係る疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材の製造方法は、Al−Zn−Mg系アルミニウム合金からなる押出管を用い、350〜480℃の温度で1分以上保持することにより溶体化処理を行い、その直後に焼入れを行い、焼入れ後2時間以内に周長増加率の最大値が50%以下のハイドロ成形を行い、その後90〜160℃の温度で4〜30時間の人工時効処理を行うことを特徴とする。
請求項7に係る自動二輪車用スイングアームは、請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルミニウム合金中空異形材を用いることを特徴とする。
表1に示す合金A〜Jの組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用いて、ポートホール押出により作製した外径58mm、厚さ2.8mm、長さ750mmのO調質のアルミニウム合金管材を用い、大気炉を用いて460℃まで5分で昇温し、10分間保持することで溶体化処理を行った後、室温の水中に焼入れを行った。焼入れ後、5分から10分の間に、管端から50mmの位置が幅58mm、高さ58mm、厚さ2.8mmの角パイプ形状であり、長手中央部にかけてテーパー状に幅が変化し、長手中央部が幅76mm、高さ58mm、厚さ2.8mmの角パイプ形状で、全体の長さが545mmになるよう、軸方向に圧縮力を付与しながら、室温でハイドロ成形を行った(周長増加率の最大値:47%)。ハイドロ成形により得られた中空異形材に対して、大気炉を用いて100℃まで昇温し、3時間保持した後、さらに140℃まで昇温して7時間保持することで人工時効処理を行い、常温まで冷却して試験材1〜10を得た。
ビッカース硬さ測定:長さ方向に対して垂直な断面が測定面になるよう、長さ20mm、幅20mmの試験片を切断、採取し、熱硬化樹脂に樹脂埋めを行い、耐水研磨紙で粗研磨を行った後、1200番で仕上げ研磨を行う。研磨面を測定面として、荷重49NでJIS Z 2244に従ってビッカース硬さ測定を行う。
断面マクロ組織観察:長さ方向に対して垂直な断面が観察面になるよう、長さ30mmの試験片を切断、採取し、面削を行った後、耐水研磨紙で1200番まで研磨を行い、硝酸:塩酸:フッ酸=4:6:1の比率で混合したマクロ腐食液で10秒間の腐食を行い、500μm以上の粗大再結晶粒の有無を拡大鏡で20倍の観察倍率で観察する。
表面残留応力測定:長手中央部のコーナー部4カ所の外表面にひずみゲージ(2軸でゲージ長2mm)を貼付け、長さ10mm、幅10mmの形状に切断することで形状による拘束を除去し、切断前後で測定したひずみ量の変化から長手方向の表面残留応力を計算する。圧縮残留応力の場合には、数値は負の値になる。計算した4カ所の表面残留応力のうち、絶対値の最も小さい数値で評価する。
表1に示す合金Cの組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用いて、ポートホール押出により作製した外径58mm、厚さ2.8mm、長さ750mmのO調質のアルミニウム合金管材を用い、実施例1に示す形状および工程で溶体化処理、水焼入れ、ハイドロ成形、人工時効処理を行い、試験材11〜14を得た。このとき、溶体化処理および人工時効処理条件を表3に示す条件で行い、焼入れ後、ハイドロ成形を行うまでの時間を90分〜110分とし、それ以外の製造工程における処理条件は実施例1と同一とした。
表4にみられるように、本発明に従う試験材11〜14は、いずれもビッカース硬さが大きく、断面内全域に500μm以上の粗大再結晶粒がみられず、外表面に圧縮残留応力を有していた。
表5に示す合金K〜Oの組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用いて、ポートホール押出により作製した外径58mm、厚さ2.8mm、長さ750mmのO調質のアルミニウム合金管材を用い、実施例1と同一条件で溶体化処理、水焼入れ、ハイドロ成形、人工時効処理を行い、試験材15〜19を得た。
表6にみられるように、試験材15はZn、Mg、Cu量が下限未満であったため、ビッカース硬さが小さかった。試験材16はZn、Mg、Cu量が上限を超えたため、ハイドロ成形で割れが発生し、試験材を作製できなかった。試験材17はZr量が下限未満のため、溶体化処理で500μm以上の粗大再結晶粒が生じた。試験材18はZr量が上限を超えたため、ハイドロ成形で割れが発生し、試験材を作製できなかった。試験材19はMn、Cr量が上限を超えたため、ハイドロ成形で割れが発生し、試験材を作製できなかった。
表1に示す合金Cの組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用いて、ポートホール押出により作製した外径58mm、厚さ2.8mm、長さ750mmのO調質のアルミニウム合金管材を用い、長手中央部の形状および全体の長さが表7に示す形状になるよう、表7に示す条件で溶体化処理、水焼入れ(室温)、ハイドロ成形、人工時効処理を行い、試験材20〜27を得た。このとき最終の形状は、管端から50mmの位置が幅58mm、高さ58mm、厚さ2.8mmの角パイプ形状であり、長手中央部にかけてテーパー状に幅が変化するものとした。
表8にみられるように、試験材20はハイドロ成形における周長増加率の最大値が上限を超えたため、ハイドロ成形で割れが発生し、試験材を作製できなかった。試験材21は溶体化処理温度が下限未満のため、硬さが小さくなった(実施例1の試験材3との比較)。試験材22は溶体化処理温度が上限を超えたため、溶体化処理で500μm以上の粗大再結晶粒が生じた。試験材23は溶体化処理の保持時間が下限未満のため、硬さが小さくなった(実施例1の試験材3との比較)。試験材24は人工時効処理温度が下限未満であり、試験材25は人工時効処理時間が下限未満であるため、いずれも硬さが小さくなった(実施例1の試験材3との比較)。試験材26は人工時効処理温度が上限を超え、試験材27は人工時効処理時間が上限を超えたため、いずれも過時効になり、硬さが小さくなった(実施例1の試験材3との比較)。
表1に示す合金Cの組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用いて、ポートホール押出により作製した外径58mm、厚さ2.8mm、長さ750mmのO調質のアルミニウム合金管材を用い、溶体化処理および焼入れを行わずに、管端から50mmの位置が幅58mm、高さ58mm、厚さ2.8mmの角パイプ形状であり、長手中央部にかけてテーパー状に幅が変化し、長手中央部が幅76mm、高さ58mm、厚さ2.8mmの角パイプ形状で、全体の長さが545mmになるように、軸方向に圧縮力を付与しながら、室温でハイドロ成形を行った(周長増加率の最大値:47%)。ハイドロ成形により得られた中空異形材に対して、大気炉を用いて400℃まで5分で昇温し、10分間保持することで溶体化処理を行った後、室温の水中に焼入れを行った。焼入れ後、2日間の室温での自然時効を行った後、ハイドロ成形を行わずに、大気炉を用いて100℃まで昇温し、3時間保持した後、さらに140℃まで昇温して7時間保持することで人工時効処理を行い、常温まで冷却して試験材28を得た。
表9にみられるように、試験材28は溶体化処理および焼入れ後にハイドロ成形を行わなかったため、外表面に引張残留応力が発生した。
表10にみられるように、試験材29は溶体化処理および焼入れ後にハイドロ成形を行わなかったため、500μm以上の粗大再結晶粒が生成し、外表面に引張残留応力が発生した。
表1に示す合金Fの組成を有するアルミニウム合金鋳塊を用いて、ポートホール押出により作製した外径58mm、厚さ2.8mm、長さ750mmのO調質のアルミニウム合金管材を用い、実施例1に示す形状および工程で溶体化処理、水焼入れ、ハイドロ成形、人工時効処理を行い、試験材30を得た。このとき、焼入れしてからハイドロ成形を行うまでの時間を3時間とし、それ以外の製造工程における処理条件は実施例1と同一とした。
表11にみられるように、試験材30は焼入れ後、ハイドロ成形を行うまでの時間が上限を超えたため、ハイドロ成形で割れが発生し,試験材を作製できなかった。
Claims (7)
- Al−Zn−Mg系アルミニウム合金からなるアルミニウム合金中空異形材であって、該中空異形材はその断面形状が該中空異形材の長手方向において変化しており、かつ、該中空異形材の外表面において圧縮残留応力を有することを特徴とする疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材。
- さらに断面内全域において500μm以上の大きさの粗大再結晶粒が存在しないことを特徴とする請求項1に記載の疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材。
- Al−Zn−Mg系アルミニウム合金がZn:2.0〜10.0%(質量%、以下同じ)、Mg:0.5〜2.5%、Cu:0.05〜0.50%、Zr:0.10〜0.20%を含有し、さらに必要に応じてMn:0.70%以下(0%を含まず)、Cr:0.30%以下(0%を含まず)のうち1種または2種を含有し、残部が不可避不純物およびアルミニウムからなることを特徴とする、請求項1または2に記載の疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材。
- Al−Zn−Mg系アルミニウム合金がZn:4.0〜6.5%、Mg:0.5〜2.0%、Cu:0.05〜0.50%、Zr:0.10〜0.20%を含有し、さらに必要に応じてMn:0.70%以下(0%を含まず)、Cr:0.30%以下(0%を含まず)のうち1種または2種を含有し、残部が不可避不純物およびアルミニウムからなることを特徴とする、請求項1または2に記載の疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材。
- Al−Zn−Mg系アルミニウム合金がZn:7.5〜8.5%、Mg:1.3〜2.1%、Cu:0.05〜0.50%、Zr:0.10〜0.20%を含有し、さらに必要に応じてMn:0.70%以下(0%を含まず)、Cr:0.30%以下(0%を含まず)のうち1種または2種を含有し、残部が不可避不純物およびアルミニウムからなることを特徴とする、請求項1または2に記載の疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材。
- Al−Zn−Mg系アルミニウム合金からなる押出管を用い、350〜480℃の温度で1分以上保持することにより溶体化処理を行い、その直後に焼入れを行い、焼入れ後2時間以内に周長増加率の最大値が50%以下のハイドロ成形を行い、その後90〜160℃の温度で4〜30時間の人工時効処理を行うことを特徴とする、疲労強度に優れたアルミニウム合金中空異形材の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルミニウム合金中空異形材を用いた自動二輪車用スイングアーム。
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