TW202031909A - 鋁合金鍛造車輪及其製造方法、鍛造車輪形成用鑄坯 - Google Patents

鋁合金鍛造車輪及其製造方法、鍛造車輪形成用鑄坯 Download PDF

Info

Publication number
TW202031909A
TW202031909A TW109102144A TW109102144A TW202031909A TW 202031909 A TW202031909 A TW 202031909A TW 109102144 A TW109102144 A TW 109102144A TW 109102144 A TW109102144 A TW 109102144A TW 202031909 A TW202031909 A TW 202031909A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
mass
aluminum alloy
less
wheel
rim portion
Prior art date
Application number
TW109102144A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI722780B (zh
Inventor
横川塁
嶋崎浩一
田中武司
Original Assignee
日商Ｂｂｓ日本股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商Ｂｂｓ日本股份有限公司 filed Critical 日商Ｂｂｓ日本股份有限公司
Publication of TW202031909A publication Critical patent/TW202031909A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI722780B publication Critical patent/TWI722780B/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B27/00—Hubs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B21/00—Rims
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B3/00—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body
    • B60B3/002—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body characterised by the shape of the disc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B3/00—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body
    • B60B3/04—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body with a single disc body not integral with rim, i.e. disc body and rim being manufactured independently and then permanently attached to each other in a second step, e.g. by welding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B23/00—Attaching rim to wheel body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2310/00—Manufacturing methods
    • B60B2310/20—Shaping
    • B60B2310/202—Shaping by casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2310/00—Manufacturing methods
    • B60B2310/20—Shaping
    • B60B2310/208—Shaping by forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2360/00—Materials; Physical forms thereof
    • B60B2360/10—Metallic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2360/00—Materials; Physical forms thereof
    • B60B2360/10—Metallic materials
    • B60B2360/104—Aluminum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2360/00—Materials; Physical forms thereof
    • B60B2360/10—Metallic materials
    • B60B2360/108—Titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2360/00—Materials; Physical forms thereof
    • B60B2360/10—Metallic materials
    • B60B2360/109—Bronze
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2900/00—Purpose of invention
    • B60B2900/10—Reduction of
    • B60B2900/111—Weight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B3/00—Disc wheels, i.e. wheels with load-supporting disc body
    • B60B3/14—Attaching disc body to hub ; Wheel adapters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

本發明提供一種輕型、強韌、具有高剛性且耐熱強度高之鋁合金鍛造車輪。本發明的鋁合金製鍛造車輪具備安裝車軸之輪轂部、設置於輪轂部周緣之輪盤部及設置於輪盤部周緣之輪緣部，至少輪盤部和輪緣部中的一者或兩者係對鑄造鋁合金而得之坯料進行鍛造而成，該鋁合金中，含有Si：9.0～12.5質量%、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Fe：0.7質量%以下、Ti：0.005～0.15質量%，以Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm含有Sr、Sb、Ca、Na中的任一種，剩餘部分為Al及不可避免之雜質，輪盤部和輪緣部中的一者或兩者的金屬組織中，Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下。

Description

鋁合金鍛造車輪及其製造方法、鍛造車輪形成用鑄坯
本發明係有關一種鋁合金鍛造車輪及其製造方法、用於形成鋁合金鍛造車輪之鑄坯者。
通常已知輪轂部、輪盤部及輪緣部形成為一體之車輛用車輪為鋁合金製者。作為鋁合金製車輪的製造方法，有低壓鑄造法、重力鑄造法、高壓鑄造法、熔融金屬鍛造法、熱鍛造法，據說在該等製造方法中機械性質最優異之製造方法為熱鍛造法。
下述專利文獻1中示出了一種車輪，其在具備安裝車軸之輪轂部、位於輪轂部的周圍之輪盤部及在該輪盤部的周圍形成為一體之輪緣部之車輛用車輪中，鍛造以質量比計含有Si：0.95～1.35%、Mg：0.8～1.2%、Cu：0.2～0.5%、Mn：0.4～0.7%、Fe：0.3%以下及Cr：0.05～0.25%且剩餘部分為鋁之鋁合金而成，輪盤部的設計面及輪緣部的晶粒具有粒徑50μm以下的金屬組織。 [先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2007-210017號公報
[發明所欲解決之問題]
前述之先行技術能夠提供一種能夠具有良好之機械性質且實現輕型化之鋁合金鍛造車輪。
相對於此，車輛用車輪在車輛的長時間行駛中因路面的凹凸等而被施加週次負載，因此要求輕型且承受在行駛中施加的週次負載而具有不易損壞之韌性。又，為了在車輛的長時間行駛中獲得穩定之行駛性，要求不易因負載而變形（具有高剛性）。
又，車輛在煞車時將產生非常高溫的熱，車輪配置於熱源的附近，因此要求即使在長時間暴露於高溫中之情況下亦能夠維持高強度特性之耐熱強度。
本發明以應對車輛用車輪所要求之該等要求為課題，以提供一種滿足輕型、相對於週次負載之疲勞強度高、具有高剛性且耐熱強度高等要求之鋁合金鍛造車輪為課題。 [解決問題之技術手段]
為了解決該種課題，本發明為具備以下構成者。 本發明的鋁合金製鍛造車輪具備安裝車軸之輪轂部、設置於該輪轂部周緣之輪盤部及設置於該輪盤部周緣之輪緣部，該鋁合金製鍛造車輪的特徵為，至少該輪盤部和該輪緣部中的一者或兩者係對鑄造鋁合金而得之坯料進行鍛造而成，該鋁合金中，含有Si：9.0～12.5質量%、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Fe：0.7質量%以下、Ti：0.005～0.15質量%，以Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm含有Sr、Sb、Ca、Na中的任一種，剩餘部分為Al及不可避免之雜質，該輪盤部和該輪緣部中的一者或兩者的金屬組織中，Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下。
具有該種特徵之鋁合金鍛造車輪為輕型、疲勞強度高、具有高剛性且耐熱強度高。因此，能夠獲得具有高強度耐久性且可獲得良好之行駛性之車輛用車輪。
以下，說明本發明的實施形態。本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪具有非常高之Si的含有率，鍛造後的金屬組織中，共晶Si的平均粒徑為5μm以下。
又，本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪依據金屬組織中的共晶Si粒子的偏向較大地影響相對於週次負載之疲勞強度之新見解，著眼於成為其指標之「Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度」而將其確定為20μm以下。
對鑄造以高含有率含有Si之鋁合金而得之坯料進行鍛造加工而成之加工品沿著鍛造金屬流存在鑄錠α相的殘留的「Si粒子稀疏之帶狀區域」。圖1（a）係表示本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的金屬組織的一例之照片，圖1（b）係表示前述之帶狀區域較寬地殘留之比較例的金屬組織之照片。圖示之W 表示「Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度」。
如圖1（b）般存在較寬寬度的帶狀區域之比較例中，因該帶狀區域脆弱而使龜裂的傳播進展，拉伸強度和疲勞強度下降。尤其，在疲勞強度試驗（107 週期的旋轉彎曲疲勞強度試驗）中將引起早期異常破裂。相對於此，如圖1（a）所示，藉由使所有「Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度」W 成為20μm以下，能夠顯著提高疲勞強度。為了獲得圖1所示之金屬組織，重要的是藉由使作為鍛造素材之鑄坯的凝固鍛造組織的α層及共晶Si粒子細化及充分進行鍛造成形加工，利用鍛造的塑性流動變形揉碎共晶Si粒子使之微細且均勻地分散，使前述之帶狀區域及共晶Si粒子細化。
用於形成本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪之鋁合金含有Si：9.0～12.5質量%、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Fe：0.7質量%以下、Ti：0.005～0.15質量%，以Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm含有Sr、Sb、Ca、Na中的任一種，剩餘部分為Al及不可避免之雜質。
鋁合金中含有之Si通常為對耐熱性有效的合金成分，具有降低高溫區域中的熱膨脹係數之作用。Si係藉由分散強化和析出強化提高材料強度者，藉由熱處理析出與Mg之化合物亦即Mg2 Si相而提高材料強度，藉由平均粒徑5μm以下的共晶Si粒子的微細且均勻之分散，能夠獲得強韌之材料強度和耐熱強度。
在Si的含有率小於9.0質量%之情況下，共晶Si粒子的結晶化少，無法實現平均粒徑5μm以下的共晶Si粒子的微細且均勻的分散，導致材料強度不足。若Si的含有率超出12.5質量%，則粗大之（例如100μm以上）初晶Si粒子結晶化而阻礙鍛造成形性或旋壓成形性，容易產生切削工具刀尖的損耗或損傷而阻礙切削性。又，初晶Si粒子的結晶化部位藉由成為由應力集中引起之疲勞破壞的核心而阻礙疲勞強度的提高。
前述之鋁合金中含有之Cu固熔於母相中，藉由熱處理析出為Al2 Cu相，提高材料強度，並且提高150℃耐熱強度。在Cu的含有率小於0.5質量%之情況下，無法獲得由固熔強化及分散強化產生之充分的強度提高效果，若超出3.4質量%，則粗大的Al2 Cu相容易結晶化，鍛造成形性或旋壓成形性下降，並且阻礙耐蝕性。
如上所述，前述之鋁合金中含有之Mg為利用Mg2 Si相的析出提高材料強度者。在Mg的含有率小於0.2質量%之情況下，強度提高效果弱，若超出0.9質量%，則延伸率的下降顯著，阻礙鍛造成形性或旋壓成形性。
前述之鋁合金中含有之Fe為結晶化為Al-Fe（-Si）系的針狀金屬間化合物而提高高溫強度者。若Fe的含有率超出0.7質量%，則頻繁產生巨大之針狀結晶物，引起鑄造或旋壓成形的破裂，或者巨大之針狀結晶物成為疲勞破壞的核心等，而容易產生不良影響。
前述之鋁合金中含有之Ti為作為晶種「異質核」而添加並使鍛造組織細化者。Ti作為Al-Ti系或Al-Ti-B系化合物而添加。在Ti的含有率小於0.005質量%之情況下，鍛造組織的細化效果不足，若超出0.15質量%，則粗大之針狀化合物結晶化而使鍛造成形性或旋壓成形性變差，並且粗大之針狀化合物成為疲勞破壞的核心等而阻礙材料強度的提高。
作為細化劑，與Ti一併添加之B的適量含有率為0.0002～0.05重量%。若大量添加B，則會與Ti鍵結而容易如上所述產生成為疲勞破壞的核心之粗大之針狀化合物。
在前述之鋁合金中添加Sr、Sb、Ca、Na中的任一種。藉由添加適量該等添加物，使共晶Si結晶物細化且粒化，具有倒角之功能。若添加量過少，則細化效果差，若添加量過多，則生成粗大之結晶物而阻礙鍛造成形性。各添加物的適量為Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm。
前述之鋁合金進一步適量含有Mn、Cr、Ni、Zn為較佳。適當之含有率為Mn：0.3質量%以下、Cr：0.2質量%以下、Ni：0.2質量%以下、Zn：0.4質量%以下。
含有0.3質量%以下的Mn使微細之Al-Mn系或Al-Fe-Mn（-Si）系的金屬間化合物結晶化而抑制熱鍛造時或T6熱處理（熔體化）時的再結晶粒的生長。若Mn的含有量超出0.3質量%，則使粗大之Al-Fe-Mn（-Si）系的金屬間化合物結晶化，導致材料強度或延伸率的下降，並且成為疲勞破壞的核心而有害。
含有0.2質量%以下的Cr使微細之Al-Cr系或Al-Fe-Cr（-Si）系的金屬間化合物結晶化而抑制熱鍛造時或T6熱處理（熔體化）時的再結晶粒的生長。若Cr的含有量超出0.2質量%，則使粗大之Al-Fe-Cr（-Si）系的金屬間化合物結晶化，加工性下降，並且導致材料強度的韌性下降。
含有0.2質量%以下的Ni使微細之Al-Ni系的金屬間化合物結晶化，有助於耐熱強度的提高。若Ni的含有量超出0.2質量%，則使含有Ni之粗大之金屬間化合物結晶化，導致加工性的下降。
Zn為由鋁廢料等混入之雜質，藉由與Mg的共存（MgZn2 相析出）而提高材料強度，但越少越好。若Zn的含有量超出0.4質量%，則有引起耐蝕性（應力腐蝕破裂等）劣化之虞。
本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪能夠適用於如圖2及圖3所示之各種形態。在此所示之所有形態例之車輪1具備安裝車軸之輪轂部2、設置於輪轂部2周緣之輪盤部3及設置於輪盤部3周緣之輪緣部4。圖2（a）所示之例子為僅利用鍛造而形成車輪1之例子，圖2（b）所示之例子為車輪1的輪緣部4被旋壓成形之例子。圖2（a）、（b）所示之例子中，輪轂部2、輪盤部3及輪緣部4均形成為一體（1件）。
圖2（c）所示之例子為輪轂部2和輪盤部3形成為一體且分開形成之輪緣部4接合於輪盤部3的周緣的接合部位C之例子。圖2（c）所示之例子為接合2件構件之例子。又，圖3所示之例子為將輪盤部3形成為輪輻形狀30之例子。
本發明的實施形態中的鋁合金鍛造車輪包括前述之所有形態例，至少輪盤部3和輪緣部4中的一者或兩者係對鑄造鋁合金而得之坯料進行鍛造而成，該鋁合金中，含有Si：9.0～12.5質量%、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Fe：0.7質量%以下、Ti：0.005～0.15質量%，以Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm含有Sr、Sb、Ca、Na中的任一種，剩餘部分為Al及不可避免之雜質，其金屬組織中，Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下。
圖2（c）所示之形態例如鍛造由前述之鋁合金形成之鍛造素材坯料而形成前述之金屬組織的鍛造材料，對該鍛造材料進行旋壓成形而形成輪緣部4，從鍛造材料分離輪緣部4，將分離出之輪緣部4接合於分開形成之輪轂部2和輪盤部3的一體物中的輪盤部3周緣。
用圖4～圖6對本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的製造方法的一例進行說明。在此，以圖2（b）所示之車輪1的製造步驟為例進行說明。
在圖2（b）所示之車輪1的製造中，首先形成前述之鋁合金的鍛造素材坯料。圖4中，示出了鍛造素材坯料的主要製造步驟的流程。
如圖4所示，鍛造素材坯料藉由熔解鋁錠等原材料之熔解步驟（S01）、調整所生成之熔融金屬的化學成分之化學成分調整步驟（S02）、進行熔融金屬的純化處理之精煉步驟（S03）、鑄造步驟（S04）、均質處理步驟（S05）、剝離步驟（S06）、切斷步驟（S07）等形成。
在熔解步驟（S01）中，例如以700℃以上對原材料進行加熱而生成熔融金屬。在所生成之熔融金屬中添加添加元素，調整成所期望之化學成分（S02）。添加於主金屬Al中之添加元素為前述之Si、Cu、Mg、Fe、Ti、Sr等，藉由發射光譜分析進行成分分析，以成分成為Si：9.0～12.5質量%、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Fe：0.7質量%以下、Ti：0.005～0.15質量%、Sr：0.01～0.15質量%、剩餘部分為Al及不可避免之雜質之方式進行調整（S02）。
在精煉步驟（S03）中，例如進行脫氣處理，將氫氣含有量調整為0.35cc/100gAl以下。又，在此，依需要進行非金屬介入物的去除處理等。
在鑄造步驟（S04）中，使用連續鑄造法或半連續鑄造法由進行成分調整之熔融金屬鑄造坯料。
均質處理步驟（S05）為對在鑄造步驟（S04）中獲得之鑄坯進行加熱而使金屬組織穩定之步驟。在均質處理步驟（S05）中，藉由在預定的溫度下加熱鑄坯預定時間（1.5～12小時），去除鑄造凝固歪曲，金屬組織被均質化。
均質處理步驟（S05）中的處理溫度為470～520℃為較佳。若處理溫度小於470℃，則與處理溫度在上述範圍內之情況相比，金屬組織的均質化及熔質原子的熔解不充分，若處理溫度超出520℃，則有引起局部熔化（燒蝕）之虞。
施以均質處理之鑄坯在剝離步驟（S06）中削去鑄坯的鑄件表面的不健全部，在切斷步驟（S07）中將鑄坯切斷成預定的鍛造素材重量。藉此，形成鍛造素材坯料。
圖5中，示出了鍛造鍛造素材坯料之車輪加工步驟的流程。在熱鍛造步驟（S11）中，藉由鍛造將所形成之鍛造素材坯料成形成預定的車輪形狀。在此，如圖6所示，在上模F1與下模F2之間夾入經加溫之圓柱狀的鍛造素材坯料W，並在加溫條件下進行壓鍛，藉此獲得鍛造材料T1。此時的加溫條件設為鍛造素材坯料W的溫度為400～520℃，更佳為450～490℃。
在溫間旋壓步驟（S12）中，在將鍛造材料T1加熱至100～400℃之狀態下進行旋壓成形，藉此成形出車輪1的輪緣部4。旋壓成形具備在使鍛造材料T1進行旋轉之同時按壓側面之旋轉自如之按壓輥，在相對於材料的旋轉軸平行地移動按壓輥之同時對鍛造材料T1進行拉伸加工。在拉伸時發生塑性加工而有鍛造效果，金屬組織的細化進行，因此材料強度提高。藉由溫間旋壓步驟（S12）防止輪緣部4的再結晶化。為了去除內部歪曲，在溫間旋壓步驟（S12）之後實施熱處理步驟（S13）。
在熱處理步驟（S13）中，實施熔體化處理、淬火、時效處理。熔體化處理中，將材料加熱至剛好低於熔點之溫度，熔解熔質原子（Si、Mg、Cu）而固熔於母相中。在此，以480～540℃下加熱對鍛造材料T1進行溫間旋壓成形而成之加工體0.5～5小時。
淬火中，強制性地對經熔體化處理之加工體進行水冷。淬火水的溫度為60℃以下的溫水淬火為較佳。藉由經淬火，加工體的熔質原子的Si、Mg、Cu的固熔狀態持續至常溫為止。時效處理中，在160～210℃下對經淬火之加工體進行2～10小時處理。在該等熱處理中，微細之Mg2 Si相、Al2 Cu相均勻分散而析出，加工體的金屬組織得到強化。
在機械加工步驟（S14）中，對施以熱處理之加工體實施機械加工，形成輪轂部2、輪盤部3、輪緣部4。在機械加工步驟（S14）中，實施基於車床之車削加工及基於加工中心機之銑削（mealing）加工。在車削加工中，如圖3所示之例子，實施用車床等切削大致整個由圓盤狀的輪轂部2、設置於輪轂部2的周緣之輪盤部3及設置於輪盤部3的周緣之輪緣部4構成之車輪1之精加工，調整車輪1的輪廓形狀。在銑削加工中，實施用端銑刀等的旋轉工具切削輪轂部2和放射狀從輪轂部2延伸之輪盤部3的輪輻形狀30之精加工，將輪轂部2及輪盤部3形成為預定的形狀。在機械加工步驟（S14）中，還能夠將凹凸等圖案形成於表面而提高設計性或在車輪1中設置鏤空部而進一步實現輕型化。
在表面處理步驟（S15）中，針對機械加工而得之加工體去除整個表面的切削工具切痕落差、切削加工毛刺等，並且在角部進行R部倒角，之後，依需要進行化學表面處理、鍍金、塗覆等。 [實施例]
以下，對本發明的鋁合金鍛造車輪的實施例進行說明。表1中，示出了各實施例和比較例的鋁合金的化學成分。表中的數值為質量%，化學成分的「Al」中包括Al和不可避免之雜質（「Rem.」表示質量%的剩餘部分。）。此處的實施例1～8為對鑄造表1所示之化學成分的鋁合金而得之鍛造素材坯料進行鍛造加工而實現如圖1（a）所示之Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下之金屬組織之例子。又，比較例為對鑄造表1所示之化學成分的鋁合金而得之鍛造素材坯料進行了鍛造加工者，但如圖1（b）所示，Si的平均粒徑為6.4μm，Si粒子稀疏之帶狀區域具有較寬的寬度。
[表1]
化學成分
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Sr Al
實施例1 10.1 0.17 0.89 0.00 0.48 0.00 0.01 0.01 0.03 0.03 Rem.
實施例2 10.7 0.21 2.43 0.00 0.37 0.00 0.01 0.01 0.03 0.03 Rem.
實施例3 11.6 0.54 3.22 0.00 0.56 0.00 0.01 0.01 0.02 0.03 Rem.
實施例4 10.6 0.24 2.45 0.00 0.36 0.00 0.01 0.01 0.03 0.03 Rem.
實施例5 9.9 0.22 1.87 0.00 0.15 0.00 0.01 0.01 0.03 0.03 Rem.
實施例6 11.3 0.57 1.18 0.00 0.72 0.00 0.01 0.01 0.03 0.03 Rem.
實施例7 10.2 0.23 0.87 0.00 0.50 0.00 0.01 0.01 0.03 0.03 Rem.
實施例8 9.3 0.20 0.63 0.00 0.30 0.00 0.01 0.01 0.04 0.03 Rem.
比較例 10.1 0.14 0.86 0.03 0.50 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 Rem.
表2中，示出了表1所示之各實施例及比較例的疲勞強度、楊氏係數和共晶Si的平均粒徑。此處的疲勞強度為基於「JIS Z 2274金屬材料的旋轉彎曲疲勞試驗方法」之重複次數107 週期的時間強度。此處的楊氏係數為基於超音波脈衝法之常溫彈性係數測定值。
表2中的實施例1、實施例2及比較例在圖2（a）所示之形態（僅利用鍛造形成車輪）的車輪1中的輪盤部3中測定了疲勞強度、楊氏係數及共晶Si的平均粒徑。又，表2中的實施例3～實施例8在圖3所示之形態的車輪1中的輪輻形狀30的輪盤部和輪緣部4中測定了疲勞強度、楊氏係數及共晶Si的平均粒徑。
[表2]
輪盤部（輪輻部） 輪緣部
疲勞強度 [MPa] 107 週期 楊氏模數 [GPa] Si平均 粒徑 [μm] 疲勞強度 [MPa] 107 週期 楊氏模數 [GPa] Si平均 粒徑 [μm]
實施例1 172 77.3 4.3 - -
實施例2 187 78.4 4.3 - - -
實施例3 227 80.1 2.5 218 79.9 2.6
實施例4 208 78.1 2.5 206 78.7 2.4
實施例5 180 77.3 2.3 180 77.5 2.2
實施例6 186 78.6 2.7 188 78.5 2.8
實施例7 173 77.4 2.5 171 77.4 2.4
實施例8 165 76.7 2.5 160 76.3 2.3
比較例 *130 77.4 6.4 - - -
*為早期破裂強度
從表2明確可知，具有Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下之金屬組織之實施例1～8在輪盤部或輪緣部中疲勞強度為155MPa以上且楊氏係數為76GPa以上。可以說與在疲勞強度試驗中在130MPa程度早期破裂之比較例相比具有高強度耐久性。又，尤其，在實施例3～8中，示出了在具有輪輻形狀30之車輪1中可獲得高強度耐久性和高剛性之情況。
圖7係比較實施例1～8中的疲勞強度和楊氏係數與比較例及一般的鍛造車輪材料之圖。在此，為了以大致相同的重量比較疲勞強度和楊氏係數，在縱軸採用比·疲勞強度（=疲勞強度÷密度）、在橫軸採用比·楊氏係數（=楊氏係數÷密度）之座標中標繪了各材料的值。作為一般的鍛造車輪的鋁合金材料，例示了AC4CH和A6061。
在圖7所示之座標中，在換算成大致相同的重量之比較中，可以說越靠右側標繪，越為高剛性的材料（亦即，不易變形且堅硬之材料），越靠上側標繪，越為強韌之材料（相對於週次負載不易損壞的材料）。可以說與比較例或基於AC4CH、A6061之鍛造車輪相比，實施例1～8的車輪的剛性極高且極強韌。如此，本發明的實施例之車輪輕型、強韌且具有高剛性之強度特性。
又，圖8中，示出了實施例2中的輪盤部的耐熱強度試驗的結果（熱曝露時間100hr下的相對於溫度變化之拉伸強度變化）。與該例相同地確認到，在耐熱強度試驗中，即使在150℃的高溫下暴露100小時之情況下，實施例1～8的車輪的拉伸強度的下降率亦可抑制在20%左右。因此，實施例1～8中的車輪具有高耐熱強度。
1:車輪 2:輪轂部 3:輪盤部 4:輪緣部 30:輪輻形狀 C:接合部位 F1:上模 F2:下模 S01:熔解步驟 S02:化學成分調整步驟 S03:精煉步驟 S04:鑄造步驟 S05:均質處理步驟 S06:剝離步驟 S07:切斷步驟 S11:熱鍛造步驟 S12:溫間旋壓步驟 S13:熱處理步驟 S14:機械加工步驟 S15:表面處理步驟 T1:鍛造材料 W:鍛造素材坯料W:Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度
圖1（a）係說明本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的金屬組織之說明圖。本發明的實施例的金屬組織。 圖1（b）係說明本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的金屬組織之說明圖。比較例的金屬組織。 圖2（a）係表示本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的形態例之說明圖。僅利用鍛造形成之例子（1件的例子）。 圖2（b）係表示本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的形態例之說明圖。對輪緣部進行旋壓成形之例子（1件的例子）。 圖2（c）係表示本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的形態例之說明圖。在輪盤部的周緣上接合輪緣部之例子（2件的例子）。 圖3係表示本發明的實施形態之鋁合金鍛造車輪的形態例之說明圖（輪盤部為輪輻形狀類型之例子）。 圖4係表示鍛造素材坯料的主要製造步驟的流程之說明圖。 圖5係表示車輪的加工步驟的流程之說明圖。 圖6係表示鍛造步驟之說明圖。 圖7係比較車輪材料的比·疲勞強度及比·楊氏係數之說明圖。 圖8係表示實施例中的輪盤部的耐熱強度試驗的結果（熱曝露時間100hr下的相對於溫度變化之拉伸強度變化）之圖表。
W:Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度

Claims (10)

  1. 一種鋁合金鍛造車輪，其具備安裝車軸之輪轂部、設置於該輪轂部周緣之輪盤部及設置於該輪盤部周緣之輪緣部，該鋁合金鍛造車輪的特徵為， 至少該輪盤部和該輪緣部中的一者或兩者係對鑄造鋁合金而得之坯料進行鍛造而成，該鋁合金中，含有Si：9.0～12.5質量%、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Fe：0.7質量%以下、Ti：0.005～0.15質量%，以Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm含有Sr、Sb、Ca、Na中的任一種，剩餘部分為Al及不可避免之雜質， 該輪盤部和該輪緣部中的一者或兩者的金屬組織中，Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋁合金鍛造車輪，其中 該鋁合金進一步含有Mn：0.3質量%以下、Cr：0.2質量%以下、Ni：0.2質量%以下、Zn：0.4質量%以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金鍛造車輪，其中 該鋁合金進一步含有B：0.0002～0.05重量%。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋁合金鍛造車輪，其中 該輪盤部和該輪緣部中的一者或兩者具有107 週期的旋轉彎曲疲勞強度為155MPa以上且楊氏係數為76GPa以上的強度特性。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之鋁合金鍛造車輪，其中 該輪緣部係對與該輪盤部一體之鍛造材料進行旋壓成形而成， 該輪盤部及該輪緣部的金屬組織中，Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下， 該輪盤部及該輪緣部的強度特性中，107 週期的旋轉彎曲疲勞強度為155MPa以上且楊氏係數為76GPa以上。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之鋁合金鍛造車輪，其中 該輪緣部接合於該輪盤部。
  7. 一種鋁合金鍛造車輪的製造方法，該車輪具備安裝車軸之輪轂部、設置於該輪轂部周緣之輪盤部及設置於該輪盤部周緣之輪緣部，該鋁合金鍛造車輪的製造方法的特徵為， 鑄造鋁合金而形成鍛造素材坯料，該鋁合金中，含有Si：9.0～12.5質量%、Fe：0.7質量%以下、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Ti：0.005～0.15質量%，以Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm含有Sr、Sb、Ca、Na中的任一種，剩餘部分為Al及不可避免之雜質， 由鍛造該鍛造素材坯料而得之鍛造材料至少形成該輪盤部和該輪緣部中的一者或兩者， 將該輪盤部和該輪緣部中的一者或兩者的金屬組織設為Si粒子稀疏之帶狀區域的寬度為20μm以下且共晶Si的平均粒徑為5μm以下。
  8. 如申請專利範圍第7項之鋁合金鍛造車輪的製造方法，其中 該輪緣部係對該鍛造材料進行旋壓成形而形成。
  9. 如申請專利範圍第7項之鋁合金鍛造車輪的製造方法，其中 由該鍛造材料形成該輪緣部，並將該輪緣部接合於分開形成之輪盤部。
  10. 一種鍛造車輪形成用鑄坯，其用於形成鍛造車輪，該鍛造車輪具備安裝車軸之輪轂部、設置於該輪轂部周緣之輪盤部及設置於該輪盤部周緣之輪緣部，該鑄坯的特徵為， 其鑄造鋁合金而得，該鋁合金中，含有Si：9.0～12.5質量%、Fe：0.7質量%以下、Cu：0.5～3.4質量%、Mg：0.2～0.9質量%、Ti：0.005～0.15質量%，以Sr：0.01～0.15質量%、Sb：0.01～0.20質量%、Ca：10～200質量ppm、Na：10～200質量ppm含有Sr、Sb、Ca、Na中的任一種，剩餘部分為Al及不可避免之雜質。
TW109102144A 2019-02-06 2020-01-21 鋁合金鍛造車輪及其製造方法、鍛造車輪形成用鑄坯 TWI722780B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-019452 2019-02-06
JP2019019452A JP6942151B2 (ja) 2019-02-06 2019-02-06 アルミニウム合金鍛造ホイール及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202031909A true TW202031909A (zh) 2020-09-01
TWI722780B TWI722780B (zh) 2021-03-21

Family

ID=71615275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109102144A TWI722780B (zh) 2019-02-06 2020-01-21 鋁合金鍛造車輪及其製造方法、鍛造車輪形成用鑄坯

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6942151B2 (zh)
CN (1) CN111532080B (zh)
DE (1) DE102020102625A1 (zh)
TW (1) TWI722780B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113564431A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 广州立中锦山合金有限公司 一种轮毂用高强度铝合金及其制备方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022072575A (ja) * 2020-10-30 2022-05-17 昭和電工株式会社 摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品
JP2022072573A (ja) * 2020-10-30 2022-05-17 昭和電工株式会社 摺動部品用アルミニウム合金及び摺動部品
JP2022072574A (ja) * 2020-10-30 2022-05-17 昭和電工株式会社 自動車のホイール用アルミニウム合金及び自動車のホイール
CN113789453B (zh) * 2021-08-17 2023-08-01 东南大学 通过Mn微合金化提高耐热铝合金高温强度的方法
CN114262810B (zh) * 2021-11-25 2022-07-01 广州致远新材料科技有限公司 一种亚共晶压铸铝硅合金材料的制备方法
CN115921801B (zh) * 2023-03-14 2023-10-10 中铝材料应用研究院有限公司 针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7905471A (nl) * 1978-07-25 1980-01-29 Itt Werkwijze voor het vormen van een gevormd product uit een metaallegering.
JPH05287427A (ja) * 1992-04-08 1993-11-02 Furukawa Alum Co Ltd 冷間鍛造用耐摩耗性アルミニウム合金とその製造方法
JPH093581A (ja) * 1995-06-15 1997-01-07 Nippon Light Metal Co Ltd 疲労強度の高いアルミニウム鍛造品及び製造方法
US5993576A (en) * 1995-11-29 1999-11-30 The Furukawa Electric Co., Ltd. Wear resistant wrought aluminum alloy and scroll of wear-resistant wrought aluminum alloy
JP3261056B2 (ja) * 1997-01-14 2002-02-25 住友軽金属工業株式会社 陽極酸化皮膜の形成容易性および皮膜厚の均一性に優れた高強度耐摩耗性アルミニウム合金押出材およびその製造方法
DE502004009801D1 (de) * 2003-01-23 2009-09-10 Rheinfelden Aluminium Gmbh Druckgusslegierung aus Aluminiumlegierung
JP2005281742A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Sanden Corp アルミニウム合金、該アルミニウム合金からなる流体機器のスクロール部およびその製造方法。
JP4621018B2 (ja) * 2004-12-17 2011-01-26 中央精機株式会社 自動車用ホイール
JP4822324B2 (ja) 2006-02-10 2011-11-24 日産自動車株式会社 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
CN101522935B (zh) * 2006-08-01 2012-09-26 昭和电工株式会社 铝合金成形品的制造方法、铝合金成形品以及生产系统
CN102039780A (zh) * 2009-10-09 2011-05-04 韦加伟 Ti合金汽车轮毂及其材质
JP2011177785A (ja) * 2010-02-02 2011-09-15 Washi Kosan Co Ltd 鍛造ビレット、軽金属製ホイール及びそれらの製造方法
JP5431233B2 (ja) * 2010-03-31 2014-03-05 株式会社神戸製鋼所 アルミニウム合金鍛造材およびその製造方法
US20150275336A1 (en) * 2012-10-17 2015-10-01 Honda Motor Co., Ltd. Aluminum alloy for vehicle and part of vehicle
CN104164598A (zh) * 2014-08-27 2014-11-26 浙江巨科实业有限公司 铝轮毂用Al-Mg铝合金材料及制备铝轮毂用圆片的方法
JP2016079454A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 株式会社神戸製鋼所 アルミニウム合金鍛造材およびその製造方法
CN104674076A (zh) * 2015-02-02 2015-06-03 安徽省斯特嘉汽车零部件有限公司 一种六钛酸钾晶须增强铝硅合金轮毂的制备方法
KR102549293B1 (ko) * 2017-08-18 2023-06-30 카본 레볼루션 리미티드 복합 휠의 면 부분을 위한 성형된 프리폼

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113564431A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 广州立中锦山合金有限公司 一种轮毂用高强度铝合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI722780B (zh) 2021-03-21
CN111532080A (zh) 2020-08-14
JP2020125525A (ja) 2020-08-20
JP6942151B2 (ja) 2021-09-29
DE102020102625A1 (de) 2020-08-06
CN111532080B (zh) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI722780B (zh) 鋁合金鍛造車輪及其製造方法、鍛造車輪形成用鑄坯
CN110983131B (zh) 一种7系铝合金型材及其制造方法
JP3335732B2 (ja) 亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金及びその鋳造法
JP2013525608A (ja) 階層状の微細構造を有する損傷耐性アルミ材
JP2020125525A5 (zh)
JPH09249951A (ja) 微細組織を有するアルミ鍛造製品の製造方法
JPH108175A (ja) 切削性に優れたアルミニウム合金及びその製造方法
JP2002294383A (ja) 塑性加工用アルミニウム合金鋳塊、塑性加工用アルミニウム合金鋳塊の製造方法、アルミニウム合金塑性加工品の製造方法およびアルミニウム合金塑性加工品
JP4822324B2 (ja) 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
JP2016079419A (ja) アルミニウム合金連続鋳造材及びその製造方法
JP4996853B2 (ja) 高温高速成形用アルミニウム合金材及びその製造方法、並びにアルミニウム合金成形品の製造方法
KR101688358B1 (ko) 절삭성이 우수한 알루미늄 합금 압출재 및 그의 제조 방법
JP3849095B2 (ja) 成形加工用アルミニウム合金板およびその製造方法
JP3845312B2 (ja) 成形加工用アルミニウム合金板およびその製造方法
JPH093610A (ja) 寸法精度及び延性に優れた薄肉アルミダイカスト製品及び製造方法
JPH09249949A (ja) アルミ押出し材鍛造製品の製造方法
JPH11286758A (ja) アルミ鋳造材を用いた鍛造製品の製造方法
JP4088546B2 (ja) 高温特性に優れたアルミニウム合金鍛造材の製造方法
JPH07197165A (ja) 高耐磨耗性快削アルミニウム合金とその製造方法
JPH07145440A (ja) アルミニウム合金鍛造素材
JPH05112840A (ja) プレス成形性に優れた焼付硬化性Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板及びその製造方法
JPS6050864B2 (ja) 曲げ加工性に優れた成形加工用アルミニウム合金材料およびその製造法
JPH08232035A (ja) 曲げ加工性に優れたバンパー用高強度アルミニウム合金材およびその製造方法
JPS62207850A (ja) 成形加工用アルミニウム合金圧延板およびその製造方法
JPH07150312A (ja) アルミニウム合金鍛造素材の製造方法