JP2016132786A - アルミニウム合金製ロードホイールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来より歪量の小さいアルミホイールを製造することのできるアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 鋳造工程と、溶体化処理工程と、人工時効処理工程と、を備えるアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法であって、溶体化処理工程は、加熱処理工程および該加熱処理工程後の焼入れ工程を有し、加熱処理工程は、アルミニウム合金の共晶温度（℃）をＴ０としたときに５０５〜Ｔ０℃の範囲の温度Ｔ１に設定された第１の温度域で鋳造工程後の中間体を加熱処理する第１の加熱処理工程、および第１の加熱処理工程後、５００〜（Ｔ１−５）℃の範囲の温度Ｔ２に設定された第２の温度域で中間体を加熱処理する第２の加熱処理工程を有するアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法。
【選択図】図８

Description

本発明は、車両用のアルミニウム合金製ロードホイール（以下、アルミホイールと言うことがある）の製造方法に関するものである。

車両用ホイールは近年軽量化、意匠（デザイン）性などの要求に応えるためにアルミニウム合金などの軽合金鋳物で作製されることが多くなっている。またクロスメンバーや足回り部品も、軽量化を目的にアルミニウム合金で作製されることが多くなっている。強度部品用として現状最も良好な性能を持つアルミ鋳物用合金はＪＩＳに定められているＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ材が中心であるが、この材料は機械的性質と鋳造性とのバランスのとれたアルミ合金鋳物材であり、熱処理（Ｔ６処理）を施すことにより高強度、高靭性が得られ、自動車の軽合金ホイールとして用いられている。この熱処理は溶体化処理、焼入れ、時効処理の工程からなり、機械的強度の向上もさることながらサイクルタイムを短縮して製造原価を下げることも重要である。

また、軽合金ホイールは自動車の駆動部に使用され高速で回転する部材である。よって僅かな重量のアンバランスが、振動を発生させ走行安定性を阻害する。同じ規格であってもホイール径が大きくなるほどバランスを取る事は難しい。そして、アンバランスを発生させる最も大きい要因として、上記した熱処理、特に急冷焼入れを伴う溶体化処理により生じるアルミホイール素材の歪が挙げられる。

例えば特許文献１にはアルミホイールの溶体化処理設備が記載され、回転可能なローラ上にアルミホイールを配置し、溶体化処理設備内を搬送させるＴ６処理（溶体化処理＋時効処理）の技術が記載されている。この技術の利点として、トレイにアルミホイールを保持して搬送する従来の製造方法と異なり、トレイ自体を加熱・冷却する必要がないために熱損失が少なく、燃料費を軽減できることが記載されている。また、溶体化処理の焼入れを行うにあたってトレイごと水没させて焼入れする必要がなく、アルミホイール単体で焼入れするためにアルミホイールの各部で冷却ムラが生じず、焼入れ歪バラツキが軽減できることなどが記載されている。

特許文献１に記載されるように、焼入れ時に発生する熱処理歪の防止方法としては、アルミホイールの各部分での冷却ムラを無くすことが考えられ、被処理物を単体で焼入れすることが挙げられる。また、アルミホイールの各部を均一な温度で熱処理するためには、沸点の高い液体（油、歪み防止材添加の水等）を使用することが上げられる。しかし量産において特殊な冷却媒体を使用することはコスト的にも環境的にも好ましくない。さらに別の手段としては、特許文献２に記載されるように、炉内雰囲気の気体を高速化することで被熱処理体の各部を均一に昇温することが上げられる。

特開２００３−２２１６１６号公報（第３頁（００２５）） 特開２００２−１７３７０８号公報（第４頁（００２９）〜（００３１））

熱処理はその処理時間が軽合金ホイール全体の製造工程の中で比較的長い。この処理時間を短縮することで、製造ラインの仕掛品を停滞させることなく連続稼動させやすくなる。しかし、ある程度の昇温時間や保持時間を確保しないと軽合金ホイールの機械的特性を十分に得ることができない。昇温時間を短縮させようとすると、保持温度に到達した際に昇温が継続され、溶体化処理の保持温度よりも高い温度まで軽合金ホイールが熱せられて材料特性が一時的に軟化したり、かつ局部的に昇温されることで歪みが発生しやすくなったりする。また、保持時間を短くすると溶体化が十分に行われなかったり、かつ時効処理での析出が不十分になったりして機械的強度が不足する。また、焼入れの条件（水温、水の循環量、水の対流速度など）によりホイールが歪んでしまう。これらの様々な製造要因が複雑に影響しあうため、最適な熱処理条件についてはまだ検討の余地がある。

本発明は、上記従来技術の問題を本発明者らが鋭意検討してなされたものであり、熱処理後において、従来より歪量の小さいアルミホイールを製造することのできるアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法を提供することを目的としている。

本願発明は、アルミニウム合金の溶湯を金型内に充填し、冷却後、アルミニウム合金製ロードホイールの中間体を得る鋳造工程と、鋳造工程後の溶体化処理工程と、溶体化処理工程後の人工時効処理工程と、を備えるアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法であって、
前記アルミニウム合金は、質量比で、Ｓｉ６．５〜７．５％、Ｍｇ０．２５〜０．４５％、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｐｂ，ＳｎおよびＣｒからなる群から選ばれる一種又は二種以上を１．０％以下含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、
前記溶体化処理工程は、加熱処理工程および該加熱処理工程後の焼入れ工程を有し、
前記加熱処理工程は、前記アルミニウム合金の共晶温度（℃）をＴ０としたときに５０５〜Ｔ０℃の範囲の温度Ｔ１に設定された第１の温度域で前記鋳造工程後の前記中間体を加熱処理する第１の加熱処理工程、および該第１の加熱処理工程後、５００〜（Ｔ１−５）℃の範囲の温度Ｔ２に設定された第２の温度域で前記中間体を加熱処理する第２の加熱処理工程を有するアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法である。

本願発明において、前記第２の温度域の温度は、前記第１の温度域の設定温度から当該第２の温度域の設定温度へ漸減した温度とすることが好ましい。

本願発明において、前記焼入れ工程における冷却速度を５〜１００℃／秒とすることが好ましい。

本発明のアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法を実施することにより、従来より歪量の小さいアルミホイールを製造することができる。

本発明に係る製造方法で形成されたアルミホイールの一例の回転軸方向に沿う断面図である。 図１のアルミホイールを下方から眺めた底面図である。 図１のアルミホイールの製造工程のフロー図である。 図１のアルミホイールの製造装置の概略構成図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 図３の鋳造工程における溶湯の充填状況を説明する図である。 図４の金型のキャビティに充填された溶湯の凝固状態を説明する図である。 本発明の溶体化処理工程から時効処理工程における温度プロファイルを示す線図である。 図８とは異なる本発明の溶体化処理工程から時効処理工程における温度プロファイルを示す線図である。

本発明者らは、鋳造により歪量の小さいアルミホイールを形成するためには、溶体化処理工程において生じる歪を抑制することが有効であることを知見した。そして、溶体化処理工程での歪の抑制には、その温度プロファイルの改善が効果的であることを知見し、本発明を想到したものである。以下、本発明について、その実施形態に基づき図１〜９を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は、以下説明する実施形態および実施例に限定されず、また、発明の作用効果を奏する限り、同一性の範囲内において適宜変形して実施することができる。

［アルミホイールの構造］
まず、本発明に係るアルミホイールの構造の一例について図１〜２を参照し説明する。図１はアルミホイールの回転軸方向に沿う断面図、図２は図１のアルミホイールを下方から眺めた底面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ断面図であり、中心線Ｉよりも左側はデザイン部１ｇを含まない断面、右側はデザイン部１ｇを含む断面となっている。アルミホイール１は、図１および２に示すように、ハブ部１ｆおよびハブ部１ｆの外周面から放射状に形成されたデザイン部１ｇを備えたディスク部１ｅを有しており、また、ディスク部１ｅが下方（一方）端に内設された略円環形状のリム本体部１ｂと、リム本体部１ｂの下方端に配置された第１のフランジ部（いわゆるアウターフランジ）１ｃと、上方（他方）端に配置された第２のフランジ部（いわゆるインナーフランジ）１ｄを備えたリム部１ａを有している。各部は、つなぎ目なく一体的に形成されている。

［アルミホイールの製造方法］
本発明に係るアルミホイールの製造方法は、溶解工程（Ｓ１）、溶解工程（Ｓ１）の後に好ましくは行われる清浄工程（Ｓ２）、鋳造工程（Ｓ３）、溶体化処理工程（Ｓ４）、時効処理工程（Ｓ５）および時効処理工程の後段で任意に行われる加工、塗装、検査などの後処理工程（Ｓ６）を含んでいる。以下、各工程について、上記の順に説明する。

＜溶解工程＞
まず、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇその他各種元素が所望の組成となるよう調整された原料を、好ましくは非酸化雰囲気中において概ね７２０〜１１００℃の温度範囲となるよう調整した溶解炉で溶解して溶湯を形成する溶解工程（Ｓ１）を行う。なお、本発明では上記各元素の組成を特定しているが、その理由は下記のとおりである。各合金元素の含有量は特に断りのない限り質量％で示す。

本発明で使用することのできるアルミニウム合金の例としてＡＣ４ＣＨ相当材を挙げることができる。ＡＣ４ＣＨ相当材は、例えば、質量比で、Ｓｉ６．５〜７．５％、Ｍｇ０．２５〜０．４５％、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｐｂ，ＳｎおよびＣｒからなる群から選ばれる一種又は二種以上を１．０％以下含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成とすることができる。ＡＣ４ＣＨ相当材を使用することによりアルミホイールを形成する材料の特性として求められる強度（０．２％耐力）と延性（破断伸び）の両立を図ることができる。

Ｓｉ、Ｍｇ以外のその他の元素については、リサイクルの観点から、６０００系合金やその他のアルミニウム合金のスクラップ材、低純度Ａｌ地金などを溶解原料として多量に使用する場合があり、Ｓｉ、Ｍｇ以外のその他の元素が不可避的不純物として混入される可能性がある。これらの不純物元素については、例えば検出限界以下に低減することは多大なコストアップの要因となるので、本発明の目的を阻害しない含有範囲であれば許容されるものとする。基本的にはＪＩＳ規格等に沿った各不純物の許容含有量とすればよく、本発明においては、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｚｎ：０．１０％以下、Ｆｅ：０．１７％以下、Ｍｎ：０．１０％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０５％未満、Ｐｂ：０．０５％以下、Ｓｎ：０．０５％以下、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｓｒ：０．０１５％未満とする。ただし、前述したＴｉとＳｒのように、一定範囲の量を含有することにより、本発明の目的に対してさらに好ましい効果を奏する不純物元素は、これを付加的に含有させることを妨げるものではない。

＜清浄工程＞
上記溶解工程で形成された溶湯をそのまま鋳造工程（Ｓ３）に使用してもよいが、一端保持炉に移し、溶湯中に含まれる水素ガスおよび酸化物（いわゆるノロ、スラグ）などアルミホイールの欠陥の原因となる不純物を除去し清浄化する清浄工程（Ｓ２）を鋳造工程（Ｓ３）の前に行うことが好ましい。

この溶湯中の不純物を除去する清浄化は、例えば、カーボンまたはセラミックスなど溶湯との反応性の低い材料で構成されたガス吹込み用回転体を用い、窒素やアルゴンガスなどの不活性ガスを溶湯中でバブリングさせることにより行われる。具体的には、下端にガス分断用のロータを有するガス吹込み用回転体を溶湯に浸漬して回転させつつ不活性ガスを供給すると、ロータの回転により不活性ガスが分断され気泡化し、ロータの周囲から細かい気泡が溶湯中に分散した状態で噴出する。そして、溶湯中に供給された気泡は、溶湯の表面に達するまでに溶湯中における水素ガスや酸化物などの不純物を捕捉し除去する。なお、酸化物を効率的に除去するためには、フラックスを溶湯に添加してもよい。そして、この清浄工程を経た後の溶湯に含まれる水素ガスの量が溶湯１００ｇ当たり０．２ｃｃ以下であり、下記する冷却工程後の成形体であるロードホイール中間体の破断面に存在する介在物が０．００５個／ｍｍ^２以下であることが望ましい。

＜鋳造工程＞
鋳造工程は注湯工程と冷却工程とからなる。上記溶解工程（Ｓ１）、好ましくは清浄工程（Ｓ２）の後、図３に示すように、金型のキャビティに溶湯を充填する鋳造工程（Ｓ３）を行う。鋳造工程では、図６に示すように、ディスク部１ｅが底面となる金型を用い、金型においてハブ部１ｆを形成するキャビティ（以下、ハブ部用キャビティと言う場合がある。金型を構成する他のキャビティについても同様。）１０ｆに開口した第１の開口部（センターゲート）１３ａおよびリム部用キャビティ１０ａに開口するとともに第１の開口部１３ａよりも上方に複数個配置された第２の開口部（サイドゲート）１９ａを通じ、ディスク部１ｅおよびハブ部１ｆを形成するキャビティ１０ｅおよび１０ａに溶湯Ｍを充填する。その詳細を、図４〜６を参照して説明する。

図４および５に示すように、本発明に係る製造方法で使用される製造装置１０は、マルチゲート方式を適用した低圧鋳造法でアルミホイールを製造する設備である。具体的には、製造装置１０は、溶湯を収納した保持炉が配置された密閉容器（いずれも不図示）の上に、密閉容器を密閉するように固定された平板状の下型ベース１１と下型ベース１１の上面に配置された下型入子１３とを備えた下型、下型入子１３の上方に相対するように配置された上型入子１４と上型入子１４の上方に配置された平板上の上型ベース１２とを備えた上型、および半径方向において上型入子１４および下型入子１３を包囲するように配置された横型１９とを有している。ここで、上型は不図示の昇降装置に、横型１９は不図示の横行装置に、各々可動型として昇降または横行可能なように取り付けられており、図示する注湯時および不図示の製品取り出しの際に、固定型である下型に対して所望の位置に位置決め可能なように構成されている。この下型、上型、および横型１９は金型であり、上型入子１４の外周面、横型１９の内周面および下型入子１４の上面の形状は、製造すべきアルミホイール１の形状に応じた形状であり、図示する注湯時において位置決めされた３者の組合せにより溶湯が注湯される金型のキャビティ１０ａ、１０ｅが画成される。

下型ベース１１には、金型のキャビティ１０ａ、１０ｅへ溶湯を供給する供給管路１５、１６が形成されており、供給管路１５、１６の各々の下端部は、保持炉内に収納された溶湯に浸漬されている。ここで、保持炉が配置された密閉容器には管路を通じ加圧された非酸化性ガスなどの気体が供給されるよう構成されており、この加圧された気体により保持炉に収納された溶湯が押され、下端部が溶湯に浸漬された供給管路１５、１６の中を上昇する。

下型ベース１１の中央に配置された供給管路１６の上端は、下型入子１３に形成された第１の開口部（センターゲート）１３ａに連通している。この第１の開口部１３ａは、図６に示すように、ハブ部用キャビティ１０ｆに開口しており、もって上記加圧により供給管路１６を上昇する溶湯は第１の開口部１３ａに流入し、次いでハブ部用キャビティ１０ｆに充填される。一方で、供給管路１６を挟み下型ベース１１の両側に２本形成された供給管路１５の上端は、図５に示すように、半径方向において相対するよう横型１９に設けられた一対の第２の開口部（サイドゲート）１９ａに連通している。この第２の開口部１９ａは、図４に示すように、リム部用キャビティ１０ａに開口しており、もって上記加圧により供給管路１５を上昇する溶湯は第２の開口部１９ａに流入し、次いでリム部用キャビティ１０ａに充填される。

ここで、横型１９に形成された第２の開口部（サイドゲート）１９ａは、下型入子１３に形成された第１の開口部（センターゲート）１３ａよりも上方に形成されている。このため、加圧により保持炉から供給された溶湯Ｍは、図６（ａ）に示すように、まず第１の開口部１３ａを通じてハブ部用キャビティ１０ｆに流入し、その後、デザイン部用キャビティ１０ｇを満たしつつリム部用キャビティ１０ａの中を湯面が上昇する。そして、供給の継続により引き続き上昇する溶湯Ｍの湯面が第２の開口部１９ａの高さを超えると、図６（ｂ）に示すように、溶湯Ｍは、第２の開口部１９ａからリム部用キャビティ１０ａに流入し、当該キャビティ１０ａに充填される。

上記注湯工程に引き続き、金型のキャビティに充填された溶湯を冷却する冷却工程を行う。冷却工程は、上記注湯工程による金型のキャビティへの溶湯の充填と同時またはその直後に行われる工程であり、冷却工程と注湯工程とは一体不可分の関係にある。以下、冷却工程について、図６〜７を参照して説明する。

ここで、図６を参照して説明したように、溶解炉から供給された溶湯Ｍは、まず第１の開口部（センターゲート）を通じてハブ部用キャビティ１０ｆに流入し、次いで半径方向においてハブ部用キャビティ１０ｆから外方に向かい流動してデザイン部１ｇ、連結部１ｎおよび第１のフランジ部（アウターフランジ）１ｃの各々を形成する金型のキャビティ１０ｇ、１０ｎおよび１０ｃへ流入していく（図６（ａ）参照）。その後に継続される溶湯Ｍの供給により上昇した湯面が第２の開口部（サイドゲート）１９ａに達すると、図６（ｂ）に示すように、リム本体部用キャビティ１０ｂの回転軸方向において中央に第２の開口部１９ａから溶湯Ｍが当該キャビティ１０ｂに流入する。ここで、上記したように連結部用キャビティ１０ｎには既に溶湯Ｍが供給されており、第２の開口部１９ａから供給された溶湯Ｍは連結部用キャビティ１０ｎ領域に存在する溶湯Ｍと合流する。そして、引続く溶湯Ｍの供給により更に湯面が上昇し、溶湯Ｍは、回転軸方向において上方（他方）端にある第２のフランジ部（インナーフランジ）用キャビティ１０ｄまで充填される。

第１の開口部１３ａを通じ、ディスク部用キャビティ１０ｅに充填された溶湯Ｍは、図７において矢印ＥおよびＦで示すように、半径方向において、デザイン部用キャビティ１０ｆから、第１の開口部１３ａが存在するハブ部用キャビティ１０ｆおよび第２の開口部１９ａが存在する連結部用キャビティ１０ｎへ向かう指向性を持ちながら凝固する。また、リム部用キャビティ１０ａに充填された溶湯Ｍは、矢印ＧおよびＨで示すように、回転軸方向において、第１のフランジ部用キャビティ１０ｃおよび第２のフランジ部用キャビティ１０ｄ各々から、第２の開口部１９ａが存在するリム本体部用キャビティ１０ｂの中央部へ向かう指向性を持ちながら凝固する。つまり、溶湯の流入時期および指向性凝固を考慮すると、溶湯の凝固は、デザイン部用キャビティに充填された溶湯が最初に凝固し、次いで第１または第２のフランジ部用キャビティ、次いでハブ部用キャビティ、またはリム本体部用キャビティ（連結部用キャビティ含む）という順序で進んでいく。そして、この凝固の態様により、引け巣や介在物などの欠陥を最終凝固部となる第１の開口部１３ａおよび第２の開口部１９ａに偏在せしめ、製品となる部分に存在する欠陥が抑制されたアルミホイールを得ることができる。

＜溶体化処理工程＞
図３に示すように、上記鋳造工程に引き続き、鋳造工程で得られたロードホイール中間体の溶体化処理工程（Ｓ４）を行う。本発明に係る製造方法は、以下の溶体化処理を行うことを必須とするものである。即ち、前記アルミニウム合金の共晶温度（℃）をＴ０としたときに５０５〜Ｔ０℃の範囲の温度Ｔ１に設定された第１の温度域で前記冷却工程後のロードホイール中間体を加熱処理する第１の加熱処理工程と、前記第１の加熱処理工程後、５００〜（Ｔ１−５）℃の範囲の温度Ｔ２に設定された第２の温度域で前記ロードホイール中間体を加熱処理する第２の加熱処理工程と、前記第２の加熱処理工程後、前記ロードホイール中間体を急冷して焼入れする焼入れ工程を有する溶体化処理である。

以下、溶体化処理工程および後述の人工時効処理工程について、各々の加熱炉における温度の制御プロファイル（以下、温度プロファイルと言う場合がある。）を纏めて表示した図８および９を参照しつつ詳細に説明する。

本発明に係る溶体化処理工程は、図８に示すように、アルミニウム合金の共晶温度をＴ０としたとき５０５℃を下限としＴ０℃を上限とする範囲の温度Ｔ１に設定された温度域で処理する第１の温度域を有している。なお、図８では、第１の温度域の温度は一定の温度で所定の時間保持する温度プロファイルとなっているが、第１の温度域は、上記温度範囲内でロードホイール中間体を加熱処理すればよく、波形形状、階段形状または傾斜形状の温度プロファイルで加熱処理しても構わない。

上記第１の温度域の後に引き続き、５００℃を下限とし（Ｔ１−５）℃を上限とする範囲の温度Ｔ２に設定された温度域（第２の温度域）となるように加熱処理する。なお、上記したように温度プロファイルが波形形状、階段形状または傾斜形状であり、第２の温度域に入るように加熱した時のロードホイール中間体の温度が一定では無い場合には、第２の温度域における温度の平均値を第２の温度域の温度Ｔ２とすればよい。なお、溶体化処理工程の加熱時間は、上記第１の温度域および第２の温度域を合計して０．１〜１０時間が好ましい。本発明に係る溶体化処理工程は、その冷却域（焼入処理）においてロードホイール中間体に生じる熱変形に起因した半径方向の歪を抑制する点に特に効果がある。また、特に従来、歪量が大きくなりがちであった１６インチ以上の大口径を有するロードホイールにおいて、本発明に係る溶体化処理工程は、歪の抑制に顕著な効果を発揮する。溶体化処理工程の出口温度を下げると、焼き入れ時（冷却域）の水温との温度差が縮まり、水冷時の熱歪を小さくすることができる。焼き入れ時の水温を上げても熱歪は小さくなるが、溶体化処理の第２温度域の出口温度（冷却域直前の温度）を下げた方が、機械的性質の低下が小さく、歪を抑えられることが分かった。

ここで、第２の温度域の温度プロファイルは、上記のように第１の温度域の温度Ｔ１よりも設定された値だけ低い温度が少なくとも第２の温度域の終盤、つまり冷却域の前におけるロードホイール中間体の温度が上記温度範囲ｔ２の範囲に入っていればよく、その温度プロファイルは特に限定されない。すなわち、図８中において破線で示すように、第１の温度域から所定の温度ｔ２だけ階段状に温度を降下せしめ、そのまま一定の温度で所定の時間保持する温度パターンとしてもよい。しかしながら、アルミホイールが備える特性として望ましいデザイン部の伸びをより効果的に向上させる点からは、図８において実線で示すように、第２の温度域の温度は、第１の温度域の設定温度から第２の温度域の設定温度へ徐々に低下するよう漸減する温度プロファイルであることが望ましい。溶体化処理の第２温度域の出口温度で、焼き入れ時の歪量は決まるが、溶体化温度の低い時間が短いほどMgを母相に十分溶かし込んだ過飽和固溶体をつくり易いため機械的性質は良好となるので、階段状の温度プロファイルより漸減した温度プロファイルが好ましい。なお、図８の溶体化処理工程の変形例の温度プロファイルである図９に示すように、第２の温度域の温度は、第１の温度域の設定温度から第２の温度域の設定温度へ徐々に低下し、設定温度に到達した後、その温度に一定に保持する温度プロファイルとしてもよい。また、このように漸減する温度プロファイルを第２の温度域に設定した場合には、０．１〜２．２℃／分程度の割合で温度を低下させることが好ましい。

上記第２の温度域の後に引き続き、図８に示すように、第２の温度域で所定の温度に加熱処理されたロードホイール中間体を冷却媒体である例えば水などに浸漬して急冷し、焼入れする（冷却域）。なお、溶体化処理の目的であるＭｇの母相への固溶および冷却域における歪を抑制する点から、冷却域の冷却速度は５〜１００℃／秒であることが望ましい。冷却速度が５℃／秒未満ではMgの母相への固溶が不十分となることがあり、１００℃／秒を超えると歪量が大きくなることがあるからである。ここで、冷却域における冷却速度とは、冷却域の直前における加熱されたロードホイール中間体の温度をＴ３、当該温度Ｔ３から冷却されてロードホイール中間体の温度が４００℃に至るまでの時間をＳとしたとき、（Ｔ３−４００）／Ｓの数式にて算出される値のことを指す。

＜人工時効処理工程＞
上記溶体化処理工程に引き続き、人工時効処理工程（Ｓ５）を行う。本発明において実施する人工時効処理は、形成されたアルミホイールの伸び特性を改善する効果が得られるものであれば特に制限されない。一例として、図８に示すように、１００〜２００℃で０．５〜１０時間処理する第１の温度域と、第１の温度域の後に第１の温度域より低い温度で加熱処理する第２の温度域とを有する人工時効処理を挙げることができる。なお、図８の人工時効処理工程の変形例の温度プロファイルである図９に示すように、第２の温度域の温度プロファイルは、その一部に第１の温度域の温度よりも高い温度で加熱処理する領域を含んでいてもよく、その一部が第１の温度域よりも低い温度で加熱処理されればよいが、得られるアルミホイールの伸び特性の改善という点からは第１の温度域よりも全体が低い温度で加熱処理することが望ましい。さらに、第２の温度域の温度は５０〜１８０℃、処理時間は０．３〜６時間であることが望ましい。

＜後工程＞
上記人工時効処理工程の後、図３に示すように、加工、メッキ、塗装、洗浄または検査など必要に応じた後工程（Ｓ６）を適宜行い、製品であるアルミホイールを得ることができる。

［実験例］
以下、本発明について、その具体的な実施例および比較例（以下、合わせて実験例ということがある）に基づき説明する。なお、本発明は、以下で述べる実施例のみに限定されない。また、各実験例ともに、同一の条件で複数個のアルミホイールを形成し、下記する製造したアルミホイールの機械的特性などを求めた。

＜組成＞
各実験例におけるアルミニウム合金の元素構成を表１に示す。以下の各実験例における組成Ａ，Ｂの元素割合は、下記のとおりである（いずれも質量％）。
［組成Ａ］（ＪＩＳ−Ｈ５２０２のＡＣ４ＣＨ材に相当） Ｓｉ：７．１％、Ｍｇ：０．３４％、Ｆｅ：０．１３％、Ｃｕ：０．０３％、Ｍｎ：０．０２％、Ｚｎ：０．０３％、Ｔｉ：０．１５％（Ｆｅ〜Ｔｉ総量：０．３６％）、残部Ａｌおよび不可避不純物

＜実施例１〜５＞
本実施例では、表２に示すように、上記組成Ａとなるよう調整された原料を溶解し、得られた溶湯を清浄化処理した。

上記清浄工程を経て得られた溶湯を、図４に示す製造装置１０の保持炉（不図示）に移し、その後、１００ｋＰａ以下の圧力で加圧することにより金型のキャビティに充填した（注湯工程）。なお、溶湯の注湯温度は、本実験例および下記する他の実験例においても、６６０〜７１０℃の範囲とした。なお、金型のキャビティの形状は、図１〜２に示すアルミホイール１の形状に対応しており、このアルミホイール１の主要な寸法は、最大外径φ４９７ｍｍ、回転軸方向長さ２０５ｍｍ、リム本体部１ｂ最大肉厚４．５ｍｍ、ハブ部１ｆ最大肉厚３５ｍｍ、デザイン部１ｇ最大肉厚２６ｍｍである。また、図４に示すように、第２の開口部１９ａは、回転軸方向においてリム本体部用キャビティ１０ｂの中央部に、第１の開口部１３ａよりも上方に配置した。

上記注湯工程に引き続き、デザイン部用キャビティとリム本体部用キャビティの各々に充填された溶湯の凝固は、デザイン部用キャビティに充填された溶湯が最初に凝固し、次いで第１または第２のフランジ部用キャビティ、次いでハブ部用キャビティ、またはリム本体部用キャビティ（連結部用キャビティ含む）という順序で進んでいくよう冷却工程を行った。本実施例および下記する他の実験例における各キャビティに充填された溶湯の凝固は、上型入子１４内に形成した冷却用空間１４ａまたは下型入子１３に形成した管路１７を流通させる冷却水の流量や流速を調整することにより制御した。

上記冷却工程の完了後、製造装置１０から取出したロードホイール中間体を溶体化処理した。本実施例の溶体化処理は、図８に示す第１の温度域、第２の温度域および冷却域でロードホイール中間体を溶体化処理する例である。実施例１の溶体化処理は、第１の温度域を５５５℃で０．６時間、第２の温度域を５５０℃で０．３時間、ロードホイール中間体を加熱処理し、その後の冷却域において３０℃／秒の冷却速度で冷却した。第２の温度域の温度プロファイルは、図８において破線で示す階段状とした。実施例２の溶体化処理は、第２の温度域を５１５℃とした点以外は実施例１と同一条件とした。実施例３の溶体化処理は、第１の温度域を５０５℃で０．６時間、第２の温度域を５００℃で０．３時間、ロードホイール中間体を加熱処理し、その後の冷却域において３０℃／秒の冷却速度で冷却した。第２の温度域の温度プロファイルは、図８において破線で示す階段状とした。実施例４の溶体化処理は、第１の温度域を５４０℃とした点以外は実施例３と同一条件とした。実施例５の溶体化処理は、溶体化処理の第１の温度域を５５５℃とし、図８において実線で示すように、第２の温度域における温度プロファイルを第２の温度域の加熱時間内において５５５℃から５１５℃に向け徐々に低下する漸減した温度プロファイルとした点以外は実施例２と同一条件とした。

＜比較例１〜３＞
比較例１の溶体化処理は、第１の温度域を４９０℃、第２の温度域を４７０℃とした点以外は実施例１と同一条件とした。比較例２の溶体化処理は、第２の温度域を５５３℃とした点以外は実施例１と同一条件とした。比較例３の溶体化処理は、第２の温度域を４９０℃とした点以外は実施例１と同一条件とした。

全ての実験例において上記溶体化処理後、ロードホイール中間体に生じた歪量は、ディスク部を上方に向けた姿勢で定盤の上面にアルミホイールを置き、当該定盤の上面を基準とした場合の第１のフランジ部の上面の歪量をダイヤルゲージで測定することにより求めた。その歪量の確認結果を表２に示す。

全ての実験例において上記溶体化処理工程後、ロードホイール中間体を人工時効処理した。実施した人工時効処理の条件は、全ての実験例において共通とし、図８に示す第１の温度域および第２の温度域でロードホイール中間体を時効処理するものであり、具体的には第１の温度域を１６０℃で１時間とし、第２の温度域を１５０℃で１時間とし、ロードホイール中間体を加熱処理した。その後、ロードホイール中間体に加工などの後工程を適宜施し、所望のアルミホイールを得た。

＜０．２％耐力および伸びの評価方法＞
上記アルミホイールのデザイン部の０．２％耐力および伸びは、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に準じ、デザイン部から採取した複数の試験片を試験に供し平均値を確認した。

＜実験例の考察＞
実施例１〜５によれば、比較例１〜３に対して、溶体化処理工程を、アルミニウム合金の共晶温度（℃）をＴ０としたときに５０５〜Ｔ０℃の範囲に設定された温度Ｔ１で処理する第１の温度域と、５００〜（Ｔ１−５）℃の範囲に設定された温度Ｔ２で処理する第２の温度域と、前記第２の温度域の後段に配置された冷却域とで構成することにより、溶体化処理後のロードホイール中間体に生じる歪が効果的に抑制され０．９ｍｍ以下となることが判った。さらに、実施例５によれば、第２の温度域の温度プロファイルを、第１の温度域の温度から第２の温度域の温度へ徐々に低下（漸減）するよう設定することにより、デザイン部の伸びがより向上した。

実施例１〜５によれば、耐変形性の指標である０．２％耐力は、デザイン部において１７０ＭＰａ以上となった。デザイン部の変形能の指標である伸びはいずれも７％以上であった。アルミホイール全体としての耐変形性およびデザイン部の変形能いずれにも優れたアルミホイールを得ることができた。

比較例１では、第１の温度域の温度Ｔ１が低すぎたため０．２％耐力、伸びが低くなった。比較例２では、第２の温度域の温度Ｔ２が高すぎたため歪が大きくなった。比較例３では、Ｔ２が低すぎたため０．２％耐力、伸びが低くなった。

１ アルミホイール
１ａ リム部
１ｂ リム本体部
１ｃ 第１のフランジ部
１ｄ 第２のフランジ部
１ｅ ディスク部
１ｆ ハブ部
１ｇ デザイン部
１ｈ 貫通孔
１ｉ 孔部
１ｍ 窓部
１ｎ 連結部
１ｏ リム本体部を支持するデザイン部の支持部
１ｏ−１ スポーク
１ｏ−２ スポーク
１ｏ−３ スポーク
１ｐ ハブ部を支持するデザイン部の支持部
９ アルミホイール
９ａ リム部
９ｂ リム本体部
９ｃ 第１のフランジ部
９ｄ 第２のフランジ部
９ｅ ディスク部
９ｆ ハブ部
９ｇ デザイン部
１０ アルミホイール製造装置
１０ａ リム部用キャビティ
１０ｂ リム本体部用キャビティ
１０ｃ 第１のフランジ部用キャビティ
１０ｄ 第２のフランジ部用キャビティ
１０ｅ ディスク部用キャビティ
１０ｆ ハブ部用キャビティ
１０ｇ デザイン部用キャビティ
１０ｎ 連結部用キャビティ
１０ｏ リム本体部用キャビティ側の範囲
１０ｐ ハブ部用キャビティ側の範囲
１１ 下型ベース
１２ 上型ベース
１３ 下型入子
１３ａ 第１の開口部
１４ 上型入子
１４ａ 冷却用空間
１４ｂ 冷却用空間
１５ 供給管路
１６ 供給管路
１７ 管路
１８ 管路
１９ 横型
１９ａ 第２の開口部
Ｅ 矢印
Ｆ 矢印
Ｇ 矢印
Ｈ 矢印
Ｉ 中心線
Ｍ 溶湯
Ｓ１ 溶解工程
Ｓ２ 清浄工程
Ｓ３ 鋳造工程
Ｓ４ 溶体化処理工程
Ｓ５ 時効処理工程
Ｓ６ 後処理工程
Ｔ０ 共晶温度
Ｔ１ 第１の温度域の温度
Ｔ２ 第２の温度域の温度
Ｕ１ 肉厚
Ｕ２ 肉厚

Claims (3)

1. アルミニウム合金の溶湯を金型内に充填し、冷却後、アルミニウム合金製ロードホイールの中間体を得る鋳造工程と、鋳造工程後の溶体化処理工程と、溶体化処理工程後の人工時効処理工程と、を備えるアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法であって、
   前記アルミニウム合金は、質量比で、Ｓｉ６．５〜７．５％、Ｍｇ０．２５〜０．４５％、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｐｂ，ＳｎおよびＣｒからなる群から選ばれる一種又は二種以上を１．０％以下含み、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、
   前記溶体化処理工程は、加熱処理工程および該加熱処理工程後の焼入れ工程を有し、
   前記加熱処理工程は、前記アルミニウム合金の共晶温度（℃）をＴ０としたときに５０５〜Ｔ０℃の範囲の温度Ｔ１に設定された第１の温度域で前記鋳造工程後の前記中間体を加熱処理する第１の加熱処理工程、および該第１の加熱処理工程後、５００〜（Ｔ１−５）℃の範囲の温度Ｔ２に設定された第２の温度域で前記中間体を加熱処理する第２の加熱処理工程を有することを特徴とするアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法。
2. 前記第２の温度域の温度は、前記第１の温度域の設定温度から当該第２の温度域の設定温度へ漸減した温度である請求項１に記載のアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法。
3. 前記焼入れ工程における冷却速度が５〜１００℃／秒である請求項１又は２に記載のアルミニウム合金製ロードホイールの製造方法。
   
   
   

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