JP2016132787A - アルミニウム合金製ロードホイールの製造方法 - Google Patents
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前記アルミニウム合金は、質量比で、Si9.0〜11.8%、Mg0.20〜0.45%、Fe、Cu、Mn、ZnおよびTiの総量を0.1〜1.5%、残部Alならびに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し、
前記溶体化処理工程の加熱時間は、前記第1の温度域および前記第2の温度域を合計して0.1〜10時間とし、前記第2の温度域の時間を1分以上、3時間以下と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。
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。
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。
図3に示すように、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。
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。
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。溶体化処理工程の加熱時間は、第1の温度域および第2の温度域を合計して0.1〜10時間とし、第2の温度域の時間を1分以上、3時間以下とする。
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。
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処理工程(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。
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。
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] Si:9.1%、Mg:0.22%、Fe:0.12%、Cu:0.02%、Mn:0.02%、Zn:0.03%、Ti:0.13%(Fe〜Ti総量:0.32%)、残部Alおよび不可避不純物
[組成B] Si:11.7%、Mg:0.44%、Fe:0.13%、Cu:0.05%、Mn:0.03%、Zn:0.04%、Ti:0.12%(Fe〜Ti総量:0.37%)、残部Alおよび不可避不純物
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。
実施例9の溶体化処理は、第2の温度域を550℃で3時間、とした点以外は実施例8と同一条件とした。
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2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2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2と同一条件とした。比較例4の溶体化処理は、第1の温度域を0.06時間、第2の温度域を0.02時間、とした点以外は実施例2と同一条件とした。比較例5の溶体化処理は、第1の温度域を10時間、第2の温度域を2時間、とした点以外は実施例2と同一条件とした。比較例6の溶体化処理は、第2の温度域を0.01時間(0.6分)、とした点以外は実施例2と同一条件とした。比較例7の溶体化処理は、第2の温度域を3.5時間、とした点以外は実施例2と同一条件とした。
本実施例および本比較例では、表2に示すように、上記組成Bとなるよう調整された原料を使用した点以外は実施例10〜18は実施例1〜9とそれぞれ同一条件とし、比較例8〜14は比較例1〜7とそれぞれ同一条件とした。
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。
実施例1〜18によれば、比較例1〜14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℃の範囲の温度T1に設定された温度で処理する第1の温度域と、500〜(T1−5)℃の範囲の温度T2に設定された温度で処理する第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し、溶体化処理工程の加熱時間は、第1の温度域および第2の温度域を合計して0.1〜10時間とし、第2の温度域の時間を1分以上、3時間以下とすることにより、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5,14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。
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)
- 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、Si9.0〜11.8%、Mg0.20〜0.45%、Fe、Cu、Mn、ZnおよびTiの総量を0.1〜1.5%、残部Alならびに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し、
前記溶体化処理工程の加熱時間は、前記第1の温度域および前記第2の温度域を合計して0.1〜10時間とし、前記第2の温度域の時間を1分〜3時間と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。 - 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。
- 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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