JP4822324B2

JP4822324B2 - アルミニウム合金製鍛造ロードホイール及びその製造方法

Info

Publication number: JP4822324B2
Application number: JP2006033422A
Authority: JP
Inventors: 茂留三根; 学中井; 昇二青木; 謙一堀内
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Nissan Motor Co Ltd; RAYS Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Nissan Motor Co Ltd; RAYS Co Ltd
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: JP2007210017A

Description

本発明は、ハブ部と、ディスク部と、このディスク部に一体で形成したリム部を備えたアルミニウム合金製鍛造ロードホイール及びその製造方法に関するものである。

従来、アルミニウム合金製のロードホイールを製造する場合、低圧鋳造法や、重力鋳造法や、高圧鋳造法や、溶湯鍛造法や、熱間鍛造法が用いられ、これらの製造方法のなかでも、熱間鍛造法が最も優れた機械的性質を得ることができる。
社団法人日本機械学会「機械工学便覧」、昭和６３年５月１５日、ｐ．Ｂ２−１００社団法人自動車技術会「自動車技術ハンドブック」１９９２年６月１５日、ｐ．５１５

ところが、従来において、上記した熱間鍛造法で製造した鍛造品の機械的性質を前提としてアルミニウム合金製ロードホイールを設計する場合には、現状得られる機械的性質が部品軽量化の妨げとなっており、車両の運動性の観点から見れば、好ましくないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、優れた機械的性質を有していてしかも軽量のアルミニウム合金製鍛造ロードホイール及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、車軸が装着されるハブ部と、ハブ部の周囲に位置するデザイン面を有するディスク部と、このディスク部の周縁に一体で形成されたリム部を備えたロードホイールにおいて、質量比でＳｉ０．９５〜１．３５％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｃｕ０．２〜０．５％、Ｍｎ０．４〜０．７％、Ｆｅ０．３％以下及びＣｒ０．０５〜０．２５％を含んで残部をアルミニウムとしたアルミニウム合金を鍛造して成り、ディスク部のデザイン面及びリム部の結晶粒が、粒径５０μｍ以下の金属組織を有している構成としたことを特徴としており、このアルミニウム合金製鍛造ロードホイールの構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールによれば、上記した構成としているので、優れた機械的性質を有していながら軽量化をも実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

図１に示すように、本発明のアルミニウム合金製鍛造ロードホイール１は、車軸孔２ａを有するハブ部２と、このハブ部２の周囲に位置するデザイン面３を有するディスク部４と、このディスク部４の周縁に一体で形成されたリム部５を備えている。

このアルミニウム合金製鍛造ロードホイール１において、リム部５を鍛造後における室温スピニング加工により成形されたものとしてもよく、この構成を採用すると、リム部５をスピニングによりファイバー組織とすることで、リム部５の高い機械的性質を確保し得ることとなる。

上記アルミニウム合金製鍛造ロードホイール１に用いるアルミニウム合金は、質量比でＳｉ０．９５〜１．３５％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｃｕ０．２〜０．５％、Ｍｎ０．４〜０．７％、Ｆｅ０．３％以下及びＣｒ０．０５〜０．２５％を含んで残部をアルミニウムとしている。

上記アルミニウム合金に含有するＳｉは、固溶強化により強度を向上させると共に、Ｍｇとの化合物であるＭｇ_２Ｓｉの析出物として強度を向上させる元素であり、含有量が質量比で０．９５％未満の場合は、過剰Ｓｉによる析出形態微細化が得られずに、狙いとする強度を得ることができず、一方、含有量が質量比で１．３５％を超える場合は、靭性及び耐食性が低下するので、Ｓｉの含有量を質量比で０．９５〜１．３５％としている。

上記アルミニウム合金に含有するＭｇは、Ｓｉと同じく強度を向上させる元素であり、含有量が質量比で０．８％未満の場合は、狙いとするＭｇ_２Ｓｉの析出量が減少し、一方、含有量が質量比で１．２％を超える場合は、過剰Ｓｉによる強度の確保が困難になるので、Ｍｇの含有量を質量比で０．８〜１．２％としている。

上記アルミニウム合金に添加するＣｕは、固溶強化により強度を向上させる元素であり、添加量が質量比で０．２％未満の場合は、狙いとする強度を得ることができず、一方、添加量が質量比で０．５％を超える場合は、耐食性が低下するので、Ｃｕの添加量を質量比で０．２〜０．５％としている。

上記アルミニウム合金に添加するＭｎは、鍛造時における結晶粒粗大化を抑制して亜結晶組織をもたらす元素であり、添加量が質量比で０．４％未満の場合は、結晶粒が粗大化してしまい、一方、添加量が質量比で０．７％を超える場合は、Ｍｎ化合物が晶出して靭性が低下するので、Ｍｎの添加量を質量比で０．４〜０．７％としている。

上記アルミニウム合金に添加するＦｅは、針状晶出物として靭性を低下させるので、添加量が質量比で０．３％を超える場合は、狙いの靭性確保が難しくなることから、Ｆｅの添加量を質量比で０．３％以下としている。

上記アルミニウム合金に添加するＣｒは、鍛造素材である鋳造組織を微細化する機能を有する元素であり、添加量が質量比で０．０５％未満の場合は、粗大な鍛造組織となって靭性が低下し、一方、添加量が質量比で０．２５％を超える場合は、鍛造素材を鋳造により製造する際に粗大な晶出物が生成されて靭性の低下を招くので、Ｃｒの添加量を質量比で０．０５〜０．２５％としている。

本発明のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールにおいて、アルミニウム合金が、鍛造素材である鋳造組織を微細化する機能を有する元素であるＴｉを含んでいる構成とすることができ、この場合、添加量が質量比で０．１％を超える場合は、微細化が進まないので、Ｔｉの添加量を質量比で０．１％以下とすることが望ましい。

上記した室温スピニング加工により成形されたリム部５を有するアルミニウム合金製鍛造ロードホイール１を製造するに際しては、まず、ディスク部４の結晶粒を微細化するために、鋳造で製造したアルミニウム合金製の丸棒を切断して得たビレットに対して、大気炉を用いて温度５００〜５６０℃の均質化熱処理を２〜１０時間施すと共に加熱温度５００〜５６０℃で加熱する。

次に、上記材料加熱と同様にディスク部４の結晶粒を微細化するのを目的として、油圧式鍛造プレス装置を用いて熱間鍛造を行う。この際、鍛造プレス装置の金型温度が３００℃未満では、鍛造歪が増加して結晶の粗大化を招くことから、金型温度３００℃以上の条件で熱間鍛造を行う。

次いで、この鍛造で得たホイール素材に対して室温スピニング加工を行って、高い機械的性質を確保したリム部５を成形する。

続いて、上記した固溶強化及び析出強化を促進する強化元素をアルミニウム中に固溶させて、ディスク部４及びリム部５の機械的性質を確保することを目的として、急速加熱炉を用いて溶体化熱処理を行う。このとき、急速加熱炉の雰囲気温度が５４０℃に満たない場合には、狙いとする機械的性質を得ることができず、一方、雰囲気温度が５６０℃を超えている場合には、材料に局部溶解が生じることから、温度５４０〜５６０℃で５〜１８０分の溶体化熱処理を行う。

そして、実体温度６０℃以下の水焼き入れ及び温度１８０〜２００℃で１．５〜８時間の時効熱処理を順次施した後、機械加工工程及び塗装工程を経てアルミニウム合金製鍛造ロードホイールを得る。

上記水焼き入れにおいて、６０℃を超えた温度で焼入れを行うと、固溶強化元素が十分に固溶しないので、後工程の時効熱処理で所定の機械的性質が得難くなることから、実体温度を６０℃以下とする。

ここで、水焼き入れが終了して時効熱処理を開始するまでの間、室温で３０分以上放置すると、強化元素であるＭｇ，Ｓｉ元素が単体でクラスターを形成して、後工程の時効熱処理で十分な析出が促進されずに所定の強度が得られなくなる可能性があることから、実体温度６０℃以下の水焼き入れを行った後、室温放置時間が３０分を超えないうちに、大気炉を用いて温度１８０〜２００℃で１．５〜８時間の時効熱処理を施すことが望ましい。

以下、本発明のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールの実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

[実施例１]
質量比でＳｉ０．９５〜１．３５％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｃｕ０．２〜０．５％、Ｍｎ０．４〜０．７％、Ｆｅ０．３％以下及びＣｒ０．０５〜０．２５％を含んで残部をアルミニウムとしたアルミニウム合金製の丸棒を切断して得たビレットに対して、温度５３０℃の均質化熱処理を２時間施すと共に加熱温度５３０℃で加熱した後、鍛造プレス装置を用いて金型温度３００℃の条件で熱間鍛造を行い、次いで、４０℃雰囲気で冷却後鍛造で得たホイール素材に室温スピニング加工を行ってリム部を成形し、続いて、温度５５０℃で５分の溶体化熱処理、実体温度６０℃以下の水焼き入れ、２０分の室温放置及び温度１９０℃で５時間の時効熱処理を順次施した後、機械加工工程及び塗装工程を経て実施例１のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールを得た。この際、ディスク部のデザイン面及びリム部が、結晶粒径１０μｍの金属組織を有していた。

[実施例２]
質量比でＳｉ０．９５〜１．３５％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｃｕ０．２〜０．５％、Ｍｎ０．４〜０．７％、Ｆｅ０．３％以下及びＣｒ０．０５〜０．２５％を含んで残部をアルミニウムとしたアルミニウム合金製の丸棒を切断して得たビレットに対して、温度５００℃の均質化熱処理を２時間施すと共に加熱温度５００℃で加熱した後、鍛造プレス装置を用いて金型温度３００℃の条件で熱間鍛造を行い、次いで、４０℃雰囲気で冷却後鍛造で得たホイール素材に室温スピニング加工を行ってリム部を成形し、続いて、温度５５０℃で５分の溶体化熱処理、実体温度６０℃以下の水焼き入れ、６時間の室温放置及び温度１９０℃で５時間の時効熱処理を順次施した後、機械加工工程及び塗装工程を経て実施例２のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールを得た。この際、ディスク部のデザイン面及びリム部が、結晶粒径４５μｍの金属組織を有していた。

[比較例]
アルミニウム（Ａ６０６１−Ｔ６）の丸棒を切断して得たビレットに対して、温度５００℃の均質化熱処理を２時間施すと共に加熱温度５００℃で加熱した後、鍛造プレス装置を用いて金型温度２３０℃の条件で熱間鍛造を行い、次いで、４０℃雰囲気で冷却後鍛造で得たホイール素材に室温スピニング加工を行ってリム部を成形し、続いて、温度５４０℃で５分の溶体化熱処理、実体温度６０℃以下の水焼き入れ、６時間の室温放置及び温度１９０℃で５時間の時効熱処理を順次施した後、機械加工工程及び塗装工程を経て比較例のアルミニウム製鍛造ロードホイールを得た。この際、ディスク部のデザイン面及びリム部が、結晶粒径３００μｍの金属組織を有していた。

実施例１，２及び比較例の各製造条件を表１に示す。

そこで、実施例１，２のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールと、比較例のアルミニウム製鍛造ロードホイールとについて、結晶粒径と機械的性質の関係を調べたところ、図２に示すように、結晶粒径５０μｍ以下の金属組織を有している実施例１，２のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールの引張り強さがいずれも４００ＭＰａ以上であるのに対して、結晶粒径３００μｍの金属組織を有している比較例のアルミニウム製鍛造ロードホイールの引張り強さが３００ＭＰａであることが判った。

また、図３にも示すように、結晶粒径５０μｍ以下の金属組織を有している実施例１，２のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールの伸びがいずれも６％以上であるのに対して、結晶粒径３００μｍの金属組織を有している比較例のアルミニウム製鍛造ロードホイールの伸びが５％であることが判った。

図２及び図３の結果から、結晶粒径５０μｍ以下の金属組織を有している実施例１，２のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールが、結晶粒径３００μｍの金属組織を有している比較例のアルミニウム製鍛造ロードホイールと比べて優れた強度及び靭性を有していることが立証できた。

本発明のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールの一実施例を示す断面説明図である。（実施例１）実施例のアルミニウム合金製鍛造ロードホイール及び比較例のアルミニウム製鍛造ロードホイールの各結晶粒径と機械的性質の関係を示すグラフである。実施例のアルミニウム合金製鍛造ロードホイール及び比較例のアルミニウム製鍛造ロードホイールの各機械的性質を示すグラフである。

符号の説明

１アルミニウム合金製鍛造ロードホイール
２ハブ部
３デザイン面
４ディスク部
５リム部

Claims

車軸が装着されるハブ部と、ハブ部の周囲に位置するデザイン面を有するディスク部と、このディスク部の周縁に一体で形成されたリム部を備えたロードホイールにおいて、質量比でＳｉ０．９５〜１．３５％、Ｍｇ０．８〜１．２％、Ｃｕ０．２〜０．５％、Ｍｎ０．４〜０．７％、Ｆｅ０．３％以下及びＣｒ０．０５〜０．２５％を含んで残部をアルミニウムとしたアルミニウム合金を鍛造して成り、ディスク部のデザイン面及びリム部の結晶粒が、粒径５０μｍ以下の金属組織を有していることを特徴とするアルミニウム合金製鍛造ロードホイール。
アルミニウム合金が質量比でＴｉ０．１％以下を含んでいる請求項１に記載のアルミニウム合金製鍛造ロードホイール。
リム部を鍛造後における室温スピニング加工により成形されたものとした請求項１又は２に記載のアルミニウム合金製鍛造ロードホイール。
請求項３に記載のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールを製造するに際して、鋳造で製造したアルミニウム合金製の丸棒を切断して得たビレットに対して、温度５００〜５６０℃の均質化熱処理を２〜１０時間施すと共に加熱温度５００〜５６０℃で加熱した後、鍛造プレス装置を用いて金型温度３００℃以上の条件で熱間鍛造を行い、次いで、この鍛造で得たホイール素材に室温スピニング加工を行ってリム部を成形し、続いて、温度５４０〜５６０℃で５〜１８０分の溶体化熱処理、実体温度６０℃以下の水焼き入れ及び温度１８０〜２００℃で１．５〜８時間の時効熱処理を順次施した後、機械加工工程及び塗装工程を経てアルミニウム合金製鍛造ロードホイールを得ることを特徴とするアルミニウム合金製鍛造ロードホイールの製造方法。
実体温度６０℃以下の水焼き入れを行った後、室温放置時間が３０分を超えないうちに温度１８０〜２００℃で１．５〜８時間の時効熱処理を施す請求項４に記載のアルミニウム合金製鍛造ロードホイールの製造方法。