WO2022091944A1 - 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 - Google Patents

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WO2022091944A1
WO2022091944A1 PCT/JP2021/038965 JP2021038965W WO2022091944A1 WO 2022091944 A1 WO2022091944 A1 WO 2022091944A1 JP 2021038965 W JP2021038965 W JP 2021038965W WO 2022091944 A1 WO2022091944 A1 WO 2022091944A1
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mass
less
range
aluminum alloy
grains
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PCT/JP2021/038965
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English (en)
French (fr)
Inventor
匠 丸山
Original Assignee
昭和電工株式会社
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Publication date
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to aluminum alloys for automobile wheels and automobile wheels. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-182091 filed in Japan on October 30, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the material of the wheel has a large specific strength, which is a ratio of strength to weight.
  • Aluminum alloys are used as materials for automobile wheels with a large non-strength ratio.
  • As the aluminum alloy an Al—Mg-based aluminum alloy or an Al—Si-based aluminum alloy is used.
  • a die casting method or a forging method is used as a method for manufacturing an automobile wheel using an aluminum alloy.
  • the wheel of an automobile is not easily broken when an impact is applied, that is, it has a large tensile strength and elongation. Further, it is preferable that the wheel of an automobile is not easily deformed in order to exert the clipping force of the tire, that is, has a large longitudinal elastic modulus (Young's modulus). Further, it is preferable that it is not easily corroded by water such as rainwater, that is, it has excellent corrosion resistance. However, it is difficult to improve the tensile properties such as tensile strength and elongation, the Young's modulus, and the corrosion resistance in a well-balanced manner. For example, when a specific metal element is added to improve tensile properties such as tensile strength and elongation of a wheel, properties such as Young's modulus and corrosion resistance may decrease.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned technical background, and an object of the present invention is to provide an aluminum alloy for an automobile wheel and an automobile wheel having improved tensile properties, Young's modulus, and corrosion resistance. And.
  • the first aspect of the present invention provides the aluminum alloy described in the following [1].
  • Si is in the range of 8.0% by mass or more and 11.5% by mass or less
  • Cu is in the range of 0.7% by mass or more and 1.2% by mass or less
  • Mg is in the range of 0.2% by mass or more and 0.6.
  • Mn within the range of 0.30 mass% or more and 0.60 mass% or less
  • Fe within the range of 0.10 mass% or more and 0.30 mass% or less
  • Cr within the range of 0.01 mass%.
  • crystals per 1182 ⁇ m 2 containing in the range of 0.03% by mass or less, the balance being Al and unavoidable impurities, containing 1% by mass or more of Cu, and having a circle equivalent diameter of more than 5 ⁇ m.
  • the aluminum alloy for wheels contains Si in the range of 8.5% by mass or more and 10.5% by mass or less, Cu in the range of 0.8% by mass or more and 1.1% by mass or less, and Mg in the range of 0.4% by mass. It is also preferable to include it in the range of 0.6% by mass or more.
  • the first aspect of the present invention preferably has the following characteristics [2].
  • Aluminum alloy A second aspect of the present invention provides the wheel of an automobile according to the following [3]. [3] An automobile wheel made of the aluminum alloy for the automobile wheel according to the above [1] or [2]. The second aspect of the present invention preferably has the following characteristics [4]. [4] The wheel of the automobile according to the above [3], which is a forged product.
  • an aluminum alloy for an automobile wheel and an automobile wheel having improved tensile properties, Young's modulus, and corrosion resistance.
  • the aluminum alloy for automobile wheels of the present embodiment contains Si in the range of 8.5% by mass or more and 10.5% by mass or less, Cu in the range of 0.8% by mass or more and 1.1% by mass or less, and Mg. In the range of 0.4% by mass or more and 0.6% by mass or less, Mn in the range of 0.30% by mass or more and 0.60% by mass or less, Fe in the range of 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less. Among them, Cr is contained in the range of 0.01% by mass or more and 0.03% by mass or less, and the balance is Al and unavoidable impurities.
  • the aluminum alloy for wheels of the present embodiment contains Cu in an amount of 1% by mass or more, does not contain two or more crystals having a circle equivalent diameter of more than 5 ⁇ m per 1182 ⁇ m 2 , and contains Cr having a length of 8 ⁇ m or more. It is designed so that it does not contain two or more intermetallic compounds per 1182 ⁇ m 2 and does not contain two or more primary crystal Si grains having a circle equivalent diameter of more than 10 ⁇ m per 4726 ⁇ m 2 . Further, in the aluminum alloy for wheels of the present embodiment, the average particle size of the eutectic Si grains may be in the range of 0.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less, and the area ratio of the eutectic Si grains may be 8% or more.
  • the aluminum alloy for wheels of the present embodiment may have a tensile strength in the range of 330 MPa or more and 380 MPa or less, and an elongation in the range of 8% or more and 12% or less. Further, the aluminum alloy for wheels of the present embodiment may have a Young's modulus of 77 GPa or more. Further, the aluminum alloy for wheels of the present embodiment has corrosion resistance, and the depth of corrosion progress when immersed in a test solution having a liquid temperature of 90 ° C. under a stress of 0.2% proof stress of 70% for 10 hours. It may be less than 1 mm.
  • Si 8.0% by mass or more and 11.5% by mass or less
  • Si (component) has an action of improving the tensile strength and Young's modulus of the aluminum alloy.
  • Si is excessively added to the aluminum alloy, coarse primary Si grains may crystallize and the elongation of the aluminum alloy may decrease.
  • the Si content is less than 8.0% by mass, it may be difficult to obtain the effect of improving the tensile strength and the Young's modulus by Si.
  • the Si content exceeds 11.5% by mass, coarse primary Si grains may easily crystallize.
  • the Si content is in the range of 8.0% by mass or more and 11.5% by mass or less.
  • the Si content is preferably in the range of 8.3% by mass or more and 11.3% by mass or less, more preferably in the range of 8.5% by mass or more and 11.0% by mass or less, and 9. It is more preferably in the range of 0% by mass or more and 10.0% by mass or less.
  • the Si content can be arbitrarily selected as long as it is within the above range, and for example, 8.00% by mass to 11.50% by mass, 8.10% by mass to 11.30% by mass, or 8.30% by mass or more. 11.00% by mass, 8.50% by mass to 10.50% by mass, 8.70% by mass to 10.30% by mass, 8.90% by mass to 10.00% by mass, or 9.20% by mass. It may be% to 9.80% by mass or 9.40% by mass to 9.60% by mass.
  • Cu 0.7% by mass or more and 1.2% by mass or less
  • Cu (component) has an action of improving the tensile strength of the aluminum alloy.
  • Cu is a G.I. P. Form a zone. This G. P. The zone (Guinier-Preston zone) becomes the intermediate phase, which contributes to the improvement of the tensile strength of the aluminum alloy.
  • G. P. Zones are aggregates of solute atoms that appear in the matrix during aging of age-hardened alloys. If the Cu content is less than 0.7% by mass, it may be difficult to obtain the effect of improving the tensile strength of Cu. On the other hand, if the Cu content exceeds 1.2% by mass, the corrosion resistance may decrease.
  • the Cu content is in the range of 0.7% by mass or more and 1.2% by mass or less.
  • the Cu content is preferably in the range of 0.8% by mass or more and 1.1% by mass or less, and more preferably in the range of 0.9% by mass or more and 1.0% by mass or less.
  • the Cu content can be arbitrarily selected as long as it is within the above range, and for example, 0.80% by mass to 1.10% by mass, 0.85% by mass to 1.05% by mass, or 0.90% by mass to 0.90% by mass. 1.00. It may be mass% or 0.93 mass% to 0.98 mass%.
  • Mg 0.2% by mass or more and 0.6% by mass or less
  • Mg component
  • Mg has an action of improving the tensile strength of the aluminum alloy in the same manner as Cu.
  • Mg forms a compound containing Si and Cu in an aluminum alloy. Precipitation of this compound as the Q phase contributes to the improvement of the tensile strength of the aluminum alloy. If the Mg content is less than 0.2% by mass, it may be difficult to obtain the effect of improving the tensile strength by Mg. On the other hand, if the Mg content exceeds 0.6% by mass, the effect of improving the tensile strength by Mg may decrease. Therefore, in the present embodiment, the Mg content is in the range of 0.2% by mass or more and 0.6% by mass or less.
  • the Mg content is preferably in the range of 0.4% by mass or more and 0.6% by mass or less, and preferably in the range of 0.45% by mass or more and 0.55% by mass or less.
  • the Mg content can be arbitrarily selected as long as it is within the above range, and for example, 0.40% by mass to 0.60% by mass, 0.43% by mass to 0.58% by mass, or 0.47% by mass to 0.47% by mass. It may be 0.53% by mass.
  • Mn 0.30% by mass or more and 0.60% by mass or less
  • Mn (component) has an action of improving the tensile strength of the aluminum alloy.
  • Mn contributes to the improvement of the tensile strength of the aluminum alloy by forming fine granular crystallized substances containing an Al—Mn—Si intermetallic compound or the like in the aluminum alloy. If the Mn content is less than 0.30% by mass, it may be difficult to obtain the effect of improving the tensile strength by Mn. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.60% by mass, the above-mentioned intermetallic compound may form coarse crystallized substances to reduce the tensile strength and elongation of the aluminum alloy.
  • the Mn content is in the range of 0.30% by mass or more and 0.60% by mass or less.
  • the Mn content is preferably in the range of 0.35% by mass or more and 0.55% by mass or less.
  • the Mn content can be arbitrarily selected as long as it is within the above range, and for example, 0.38% by mass to 0.53% by mass, 0.40% by mass to 0.50% by mass, or 0.43% by mass to 0.43% by mass. It may be 0.47% by mass.
  • Fe has an action of improving the tensile strength of the aluminum alloy.
  • Fe is crystallized as a fine crystallized product containing an Al—Fe—Si intermetallic compound, an Al—Cu—Fe intermetallic compound, an Al—Mn—Fe intermetallic compound, etc. in an aluminum alloy to form an aluminum alloy. Contributes to the improvement of mechanical properties of aluminum. If the Fe content is less than 0.10% by mass, it may be difficult to obtain the effect of improving the tensile strength by Fe.
  • the intermetallic compound may form coarse crystallization and reduce the tensile strength and elongation of the aluminum alloy.
  • the Fe content is in the range of 0.10% by mass or more and 0.30% by mass or less.
  • the Fe content is preferably in the range of 0.15% by mass or more and 0.25% by mass or less.
  • the Fe content can be arbitrarily selected as long as it is within the above range, and may be, for example, 0.13% by mass to 0.27% by mass or 0.17% by mass to 0.20% by mass.
  • Cr 0.01% by mass or more and 0.03% by mass or less
  • Cr has an action of improving the mechanical properties of the aluminum alloy.
  • Cr crystallizes as a fine Cr-containing metal-to-metal compound containing an Al—Fe-Cr metal-to-metal compound in the aluminum alloy, thereby contributing to the improvement of the mechanical properties of the aluminum alloy.
  • the Cr content is less than 0.01% by mass, it may be difficult to obtain the effect of improving the tensile strength by Cr.
  • the Cr content exceeds 0.03% by mass, the Cr-containing intermetallic compound may form coarse crystallized substances to reduce the tensile strength and elongation of the aluminum alloy.
  • the Cr content is in the range of 0.01% by mass or more and 0.03% by mass or less.
  • the Cr content is preferably in the range of 0.015% by mass or more and 0.02% by mass or less.
  • the Cr content can be arbitrarily selected as long as it is within the above range, and for example, 0.013% by mass to 0.028% by mass, 0.018% by mass to 0.026% by mass, or 0.020% by mass to 0.020% by mass. It may be 0.024% by mass.
  • the unavoidable impurities are impurities that are inevitably mixed with the aluminum alloy from the raw material or the manufacturing process of the aluminum alloy.
  • the mixing amount of each element of Zn, Ni, Zr, and Ti preferably does not exceed 0.5% by mass in the total content of each of these elements.
  • each element crystallizes before the Al matrix to form coarse crystallization, and the ductility of the aluminum alloy becomes small. , There is a risk that the tensile strength and elongation will decrease.
  • the amount of unavoidable impurities can be arbitrarily selected as long as it is within the above range, for example, less than 0.50% by mass, 0.40% by mass or less, 0.30% by mass or less, 0.20% by mass or less, and the like. , 0.10% by mass or less, 0.05% by mass or less, 0.01% by mass or less, or 0.001% by mass or less.
  • the circle-equivalent diameter of the Cu-based crystallized product containing 1% by mass or more of Cu exceeds 5 ⁇ m, the tensile strength and elongation of the aluminum alloy may decrease. Therefore, in the present embodiment, it is said that two or more coarse Cu-based crystals having a circle-equivalent diameter of more than 5 ⁇ m are not contained per 1182 ⁇ m 2 .
  • the number of coarse Cu-based crystals per 1182 ⁇ m 2 is preferably 1 or less, and more preferably does not contain coarse Cu-based crystals.
  • the maximum circle-equivalent diameter of the Cu-based crystallized material contained in the aluminum alloy is preferably 3 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less.
  • Cr-containing intermetallic compound having a length of 8 ⁇ m or more may reduce the tensile strength and elongation of the aluminum alloy. Therefore, in the present embodiment, it is said that two or more coarse Cr-containing intermetallic compounds having a length of 8 ⁇ m or more are not contained per 1182 ⁇ m 2 .
  • the number of coarse Cr-containing intermetallic compounds per 1182 ⁇ m 2 is preferably 1 or less, and more preferably not containing coarse Cr-containing intermetallic compounds.
  • the maximum length of the Cr-containing intermetallic compound contained in the aluminum alloy is preferably 6 ⁇ m or less, and more preferably 4 ⁇ m or less.
  • the length and number of Cr-containing intermetallic compounds are the same as in the case of the Cu-based crystallized product described above, in the range of 1182 ⁇ m 2 of the cross section of the aluminum alloy, using FE-SEM / EDS, the Cr-containing intermetallic compound. Is detected, and the length and number of the detected Cr-containing intermetallic compounds can be measured by measuring with an SEM image.
  • the intermetallic compound include, but are not limited to, Al—Cr—Si.
  • the difference between the Cr-containing intermetallic compound and the Cu-based crystallized product includes the shape as an intermetallic compound.
  • Coarse primary Si grains with a circle-equivalent diameter of more than 10 ⁇ m may reduce the elongation of the aluminum alloy. Therefore, in the present embodiment, it is said that two or more coarse primary crystal Si grains having a diameter equivalent to a circle exceeding 10 ⁇ m are not contained per 4726 ⁇ m 2 .
  • the number of coarse primary Si grains is preferably 1 or less, and more preferably no coarse primary Si grains are contained.
  • the diameter corresponding to the maximum circle of the primary Si grains contained in the aluminum alloy is preferably 8 ⁇ m or less, and more preferably 4 ⁇ m or less.
  • the primary Si grains consist only of Si.
  • the average particle size of the eutectic Si grains is less than 0.5 ⁇ m, the wear resistance may be insufficient. On the other hand, if the average particle size of the eutectic Si grains exceeds 4 ⁇ m, the eutectic Si grains have excessive wear resistance and may increase the aggression to the mating material (for example, tire, shaft). Therefore, in the present embodiment, the average particle size of the eutectic Si grains is within the range of 0.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less.
  • the average particle size is the average value of the diameters corresponding to the circles of the observed eutectic Si grains.
  • the area ratio of the eutectic Si grains is set to 8% or more.
  • the area ratio of the eutectic Si grains may be 15% or less.
  • the area ratio of eutectic Si grains is 8.0 to 15.0%, 9.0 to 14.0%, 10.0 to 13.0%, and 11.0 to 12.0%. May be.
  • the average particle size and area ratio of the eutectic Si grains were determined by using FE-SEM / EDS in the range of 4726 ⁇ m 2 of the cross section of the aluminum alloy, as in the case where the equivalent circle diameter of the primary Si grains was obtained. It can be measured by observing.
  • the area ratio of eutectic Si grains is the ratio of the total area of observed eutectic Si grains to the area of the observed cross section.
  • the aluminum alloy for wheels of the present embodiment may have a tensile strength at 25 ° C. of 330 MPa or more and 380 MPa or less. Further, the elongation at 25 ° C. may be in the range of 8% or more and 12% or less.
  • Tensile strength and elongation are values measured using JIS No. 4 tensile test piece in accordance with JIS Z2241: 2011 (Metallic Material Tensile Test Method).
  • the tensile strength may be 340 MPa or more and 370 MPa or less, or 350 MPa or more and 360 MPa or less.
  • the elongation may be 8.5% or more and 11.5% or less, or 9.0% or more and 11.0% or less.
  • the aluminum alloy for wheels of the present embodiment may have a longitudinal elastic modulus (Young's modulus) of 77 GPa or more at 25 ° C.
  • the Young's modulus may be 85 GPa or less.
  • the longitudinal elasticity coefficient is a method of measuring the resonance frequency (natural frequency) by mechanically or electrically applying forced vibration to a test piece for measuring the longitudinal elasticity coefficient, and calculating the longitudinal elasticity coefficient from this resonance frequency (resonance method). ) Is the value measured.
  • the Young's modulus may be, for example, 77.0 GPa or more and 85.0 GPa or less, 78.0 GPa or more and 84.0 GPa or less, 79.0 GPa or more and 83.0 GPa or less, or 80.0 GPa or more and 82.0 GPa or less. ..
  • the aluminum alloy for wheels of the present embodiment has a corrosion progress depth of less than 1 mm when immersed in a test solution at a liquid temperature of 90 ° C. under a stress corresponding to 70% of 0.2% proof stress for 10 hours. May be.
  • the test solution is an aqueous solution having a potassium dichromate concentration of 3% by mass, an anhydrous chromic acid concentration of 3.6% by mass, and a sodium chloride concentration of 0.3% by mass.
  • the wheel of the automobile of the present embodiment is made of the aluminum alloy for the wheel of the present embodiment described above. That is, the wheel of the present embodiment has the same content of each additive element such as Si, Cu, Mg, Mn, Fe and Cr as the above-mentioned aluminum alloy for wheels of the present embodiment. Further, in the wheel of the present embodiment, the content of precipitates such as crystallization containing 1% by mass or more of Cu, Cr-containing intermetallic compound, primary crystal Si grains, eutectic Si grains and the like is the above-mentioned embodiment. Equivalent to aluminum alloys for wheels.
  • the wheel of the automobile of this embodiment may be a forged product.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing an automobile wheel according to an embodiment of the present invention.
  • the wheel manufacturing method of the present embodiment includes a molten metal forming step S01 for obtaining a molten metal of an aluminum alloy, a casting step S02 for obtaining a cast product by casting the molten metal, and forging the cast product. It has a forging step S05 which is performed to obtain a forged product.
  • a homogenization heat treatment step S03 and a cutting step S04 may be performed between the casting step S02 and the forging step S05.
  • the solution treatment step S06, the quenching step S07, the aging treatment step S08, and the shot peening step S09 may be performed.
  • molten metal forming step S01 In the molten metal forming step S01, raw materials such as Al source, Si source, Cu source, Mg source, Mn source, Fe source and Cr source are mixed so as to form the above alloy, and the obtained mixture is obtained. A molten aluminum alloy is obtained by heating and melting at an arbitrarily selected temperature.
  • the Al source, Si source, Cu source, Mg source, Mn source, Fe source and Cr source may be a single metal material or an alloy material containing two or more kinds of metals.
  • the temperature used for forming the molten metal can be arbitrarily selected.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of an aluminum alloy (cast product) obtained in the casting step S02.
  • a casting method for example, a known method conventionally used as a casting method for an aluminum alloy such as a continuous casting and rolling method, a hot top casting method, a float casting method, and a semi-continuous casting method (DC casting method) can be used. Can be used.
  • Mn forms fine granular crystallization containing the Al—Mn—Si intermetallic compound.
  • Fe forms fine crystallized products such as an Al—Fe—Si intermetallic compound, an Al—Cu—Fe intermetallic compound, and an Al—Mn—Fe intermetallic compound.
  • Cr forms a crystallized product as a fine Cr-containing intermetallic compound such as an Al—Fe—Cr intermetallic compound.
  • homogenization heat treatment step S03 In the homogenization heat treatment step S03, the homogenization heat treatment is performed on the columnar cast product 10 obtained in the casting step S02.
  • This homogenization heat treatment segregation of additive elements generated during casting is eliminated to homogenize the composition, and a hypersaturated solid solution generated by solidification during casting is precipitated, and further, semi-stable formed by solidification during casting. Phase change phase to equilibrium phase.
  • the heating temperature in the homogenization heat treatment can be arbitrarily selected, and is, for example, in the range of 420 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. If necessary, the temperature may be 430 ° C or higher and 480 ° C or lower, or 440 ° C or higher and 460 ° C or lower.
  • Forming process S05 In the forging step S05, the forging cast product obtained in the cutting step S04 is forged to obtain a forged product (second cast product; automobile wheel) having a desired shape.
  • a forged product second cast product; automobile wheel
  • hot forging may be used or cold forging may be used.
  • the heating temperature in hot forging is, for example, in the range of 350 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. If necessary, the temperature may be 370 ° C or higher and 430 ° C or lower, or 390 ° C or higher and 420 ° C or lower.
  • solution treatment step S06 the forged product obtained in the forging step S05 is subjected to the solution treatment.
  • elements such as Si, Cu, and Mg in the forged product are re-dissolved in the aluminum alloy to generate a solid solution state.
  • the heating temperature in the solution treatment can be arbitrarily selected, but is, for example, in the range of 450 ° C. or higher and 540 ° C. or lower. If necessary, the temperature may be 470 ° C or higher and 530 ° C or lower, or 490 ° C or higher and 510 ° C or lower.
  • quenching step S07 In the quenching step S07, the forged product that has been in a solid solution state in the solution treatment step S06 is quenched. By this quenching treatment, the forged product is rapidly cooled to produce a supersaturated solid solution in which the solid solution state is maintained.
  • the forging quenching is performed by hot forging in the forging step S05, the forging quenching is performed by using the heating during the hot forging without performing the solution heat treatment step S06. You may. Examples of the quenching process include water quenching.
  • the forged product made into a supersaturated solid solution in the quenching treatment step S07 is subjected to the aging treatment.
  • the forged product is tempered at a low temperature.
  • clusters are formed in the aluminum alloy constituting the forged product, and Cu is precipitated with the clusters as nuclei to form G.I. P. Zones are created.
  • Mg forms a compound with Si and Cu and precipitates as a Q phase.
  • the heating temperature in the aging treatment can be arbitrarily selected, but is, for example, in the range of 150 ° C. or higher and 220 ° C. or lower. If necessary, the temperature may be 170 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, 180 ° C. or higher and 190 ° C. or lower.
  • the heating time can be arbitrarily selected, and examples thereof include 0.5 hours to 20 hours and 1 hour to 16 hours.
  • the forged product subjected to the aging treatment in the aging treatment step S08 is machined and then shot peened to apply plastic working in the vicinity of the surface to improve the fatigue strength.
  • the size of the abrasive grains used in shot peening in which the abrasive grains collide with the alloy surface at high speed is preferably 1 mm or less.
  • the material of the abrasive grains for example, stainless steel (eg, SUS304), alumina and the like can be used.
  • the peening pressure is preferably 1 MPa or less.
  • automobile wheels forged products
  • forged products forged products
  • the aluminum alloy for automobile wheels of the present embodiment having the above configuration contains each additive element of Si, Cu, Mg, Mn, Fe, and Cr within the above range, and the balance is Al and unavoidable impurities.
  • the average particle size of the eutectic Si grains is within the range of 0.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less and the area ratio of the eutectic Si grains is 8% or more, Tensile properties and Young's modulus are more reliably improved.
  • the wheel of the automobile of the present embodiment is composed of the above-mentioned aluminum alloy for wheels, the properties such as tensile property, Young's modulus and corrosion resistance are improved.
  • Example 1 By heating a mixture containing Si source, Cu source, Mg source, Mn source, Cr source, Fe source and Al source, Si is 10.0% by mass, Cu is 0.9% by mass, and Mg is 0.3. A molten aluminum alloy containing 0.5% by mass of mass, 0.5% by mass of Mn, 0.02% by mass of Cr, and 0.20% by mass of Fe was formed, and the balance was Al. Next, the obtained molten metal was continuously cast to obtain a columnar cast product (first cast product) having a diameter of 76 mm and a height of 1000 mm. The obtained cast product was subjected to a homogenization heat treatment, and then the cast product was air-cooled.
  • first cast product columnar cast product having a diameter of 76 mm and a height of 1000 mm.
  • the cast product was cut to a height of 75 mm to obtain a cast product for forging.
  • a wheel-shaped forged product (second cast product) was obtained by hot forging the obtained cast product.
  • the obtained forged product was subjected to a solution treatment and then a water quenching treatment.
  • the cast product after the water quenching treatment was subjected to aging treatment to obtain a forged product for wheels.
  • the structure of the forged product for the wheel was observed as follows.
  • a forged product for wheels is cut into a size of 2 ⁇ 5 ⁇ 10 mm to prepare an observation sample.
  • a surface parallel to the forging direction of the observation sample is processed into an observation surface to obtain an observation surface.
  • the diameter equivalent to a circle is calculated, and the "number of Cu-based crystallized products having a diameter equivalent to a circle exceeding 5 ⁇ m" and the "diameter equivalent to a maximum circle" are obtained.
  • the length of the Cr-containing intermetallic compound is calculated, and the "number of Cr-containing intermetallic compounds having a length of 8 ⁇ m or more" and the “maximum length” are obtained.
  • the diameter equivalent to a circle is calculated, and the "number of primary crystal Si grains having a diameter equivalent to a circle exceeding 10 ⁇ m” and the “diameter equivalent to a maximum circle” are obtained.
  • the particle size of 150 pieces is measured, the "average particle size” is calculated, and the "area ratio" which is the occupancy rate of the eutectic Si grains in the observation field of view is obtained. The measurement results are shown in Table 2.
  • the corrosion resistance of forged wheels for wheels was evaluated by stress corrosion cracking (SCC) tests.
  • a forged product for wheels is cut into a size of 4 ⁇ 2 ⁇ 45 mm to prepare a sample for corrosion resistance evaluation.
  • the corrosion resistance evaluation sample is bent at three points using a strain gauge so that a stress corresponding to 70% of the 0.2% proof stress measured in advance is applied.
  • a sample for corrosion resistance evaluation, which was bent at three points, was subjected to a test solution at a liquid temperature of 90 ° C. (potassium dichromate concentration was 3% by mass, chromic anhydride concentration was 3.6% by mass, and sodium chloride concentration was 0.3% by mass. Soak in aqueous solution) for 10 hours.
  • the sample for corrosion resistance evaluation is taken out from the test solution, washed with water, and then dried.
  • the sample for corrosion resistance evaluation after drying is observed using an optical microscope, and the presence or absence of cracks and, if no cracks, the depth of corrosion progress are measured.
  • the measurement results are shown in Table 2.
  • the corrosion resistance was evaluated as " ⁇ (possible)" for those having a maximum corrosion progress depth of less than 1 mm and "x (impossible)" for those having a maximum corrosion depth of 1 mm or more.
  • ⁇ Tensile characteristics (tensile strength / breaking elongation)> The tensile strength and elongation of the forged product for wheels were measured as follows. A forged product for wheels is cut into a size of 10 ⁇ 10 ⁇ 70 mm to prepare a JIS14A tensile test piece. The obtained JIS14A tensile test piece was subjected to a tensile test in accordance with the provisions of JIS Z2241: 2011 (metal material tensile test method), and the tensile strength (MPa) and breaking elongation (%) at 25 ° C. were determined. taking measurement. The measurement results are shown in Table 2.
  • the evaluation of the tensile strength is " ⁇ (possible)" when the tensile strength is 330 MPa or more and the breaking elongation is 8% or more, and the tensile strength is less than 330 MPa or the elongation.
  • the value of less than 8% was regarded as "x (impossible)".
  • the Young's modulus of the forged product for the wheel was measured as follows. A forged product for wheels is cut out to a predetermined size to prepare a sample for longitudinal elasticity evaluation. The Young's modulus (GPa) at 25 ° C. is measured for the sample for evaluation of longitudinal elasticity by using the resonance method. The measurement results are shown in Table 2. In Table 2, the evaluation of the Young's modulus was " ⁇ (possible)" when the Young's modulus was 77 GPa or more, and “ ⁇ (impossible)” when the Young's modulus was lower than 77 GPa.
  • the present invention provides an aluminum alloy for an automobile wheel and an automobile wheel having improved tensile properties, Young's modulus, and corrosion resistance. Since the wheel of the automobile according to the present invention has a large tensile strength and elongation, it is difficult to break when an impact is applied. Also. Since the wheel of the automobile according to the present invention has a large Young's modulus and is not easily deformed, it is possible to exert the clipping force of the tire. Further, the wheel of the automobile according to the present invention has excellent rain corrosion resistance, so that it can be used for a long period of time.

Abstract

自動車のホイール用アルミニウム合金は、Ｓｉを８．０質量％以上１１．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．７質量％以上１．２質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．２質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まない。

Description

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
　本発明は、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に関する。
　本願は、２０２０年１０月３０日に、日本に出願された特願２０２０－１８２０９１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年の自動車業界における燃費向上の要求から、自動車に使用される各種部材、例えばホイールに対しても軽量化、高機能化が求められている。自動車のホイールの軽量化のため、ホイールの材料は重量に対する強度の比である比強度が大きいことが好ましい。非強度比が大きい自動車ホイールの材料として、アルミニウム合金が利用されている。アルミニウム合金としては、Ａｌ－Ｍｇ系アルミニウム合金やＡｌ－Ｓｉ系アルミニウム合金が用いられている。また、アルミニウム合金を用いた自動車のホイールの製造方法としては、ダイカスト法や鍛造法が利用されている。自動車のホイールの特性を向上させるために、アルミニウム合金に種々の金属元素を添加することやダイカスト法や鍛造法などの製造方法を選択することが行なわれている（特許文献１、２）。
特開２０１７－３９９８６号公報 特開２０１９－１７３１１１号公報
　自動車のホイールは、衝撃が加えられたときに破壊しにくいこと、すなわち引張強さや伸びが大きいことが好ましい。また、自動車のホイールは、タイヤのクリップ力を発揮させるために変形しにくいこと、すなわち縦弾性係数（ヤング率）が大きいことが好ましい。さらに、雨水などの水によって腐食しにくいこと、すなわち耐腐食性に優れることが好ましい。しかしながら、引張強さや伸びなどの引張特性と、縦弾性係数と、耐腐食性とをバランスよく向上させることは難しい。例えば、ホイールの引張強さや伸びなどの引張特性を向上させるために特定の金属元素を添加すると、縦弾性係数や耐腐食性などの特性が低下することがある。
　この発明は、上述の技術的背景に鑑みてなされたものであって、引張特性、縦弾性係数、耐腐食性が向上した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を提供することを、その目的とする。
　前記の目的を達成するために、本発明者は鋭意研究の結果、Ａｌ－Ｓｉ系アルミニウム合金中に、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒを特定の量で添加し、かつ粗大なＣｕ含有晶出物、粗大な２種以上の金属からなるＣｒ含有金属間化合物、粗大な初晶Ｓｉ粒の混入を抑えることによって、引張特性、縦弾性係数、耐腐食性が向上することを見出して、本発明を完成した。
　本発明の第一の態様は、以下の［１］に記載されるアルミニウム合金を提供する。
［１］Ｓｉを８．０質量％以上１１．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．７質量％以上１．２質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．２質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まないことを特徴とする自動車のホイール用アルミニウム合金。
　前記ホイール用アルミニウム合金は、Ｓｉを８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内で含むことも好ましい。
　本発明の第一の態様は、以下の［２］の特徴を有することが好ましい。
［２］共晶Ｓｉ粒の平均粒径が０．５μｍ以上４μｍ以下の範囲内にあって、前記共晶Ｓｉ粒の面積率が８％以上である上記［１］に記載の自動車のホイール用アルミニウム合金。
　本発明の第二の態様は、以下の［３］に記載される自動車のホイールを提供する。
［３］上記［１］または［２］に記載の自動車のホイール用アルミニウム合金で構成された自動車のホイール。
　本発明の第二の態様は、以下の［４］の特徴を有することが好ましい。
［４］鍛造品である上記［３］に記載の自動車のホイール。
　本発明によれば、引張特性、縦弾性係数、耐腐食性が向上した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を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る自動車のホイールの製造方法の例を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る自動車のホイールの製造方法の鋳造工程で得られるアルミニウム合金（鋳造品）の一例を示す概略斜視図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る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の好ましい例について、詳細に説明する。
　本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数、材料、量、形状、数値、比率、位置、構成等について、変更、付加、省略、置換等が可能である。
＜自動車のホイール用アルミニウム合金＞
　本実施形態の自動車のホイール用アルミニウム合金は、Ｓｉを８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とされている。また、本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まないようにされている。また、本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、共晶Ｓｉ粒の平均粒径が０．５μｍ以上４μｍ以下の範囲内にあって、共晶Ｓｉ粒の面積率が８％以上であってもよい。また、本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあってもよく、伸びは８％以上１２％以下の範囲内にあってもよい。また、本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、縦弾性係数が７７ＧＰａ以上であってもよい。また、本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、耐腐食性が、液温９０℃の試験溶液に０．２％耐力の７０％の応力を負荷した状態で１０時間浸漬したときの腐食の進展深さとして１ｍｍ未満であってもよい。
（Ｓｉ：８．０質量％以上１１．５質量％以下）
　Ｓｉ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さや縦弾性係数を向上させる作用を有する。ただし、アルミニウム合金にＳｉを過剰に添加すると、粗大な初晶Ｓｉ粒が晶出することにより、アルミニウム合金の伸びが低下するおそれがある。
　Ｓｉ含有率が８．０質量％未満になると、Ｓｉによる引張強さや縦弾性係数の向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｓｉ含有率が１１．５質量％を超えると、粗大な初晶Ｓｉ粒が晶出しやすくなるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｓｉ含有率は８．０質量％以上１１．５質量％以下の範囲内とされている。Ｓｉ含有率は、８．３質量％以上１１．３質量％以下の範囲内であることが好ましく、８．５質量％以上１１．０質量％以下の範囲内にあることがより好ましく、９．０質量％以上１０．０質量％以下の範囲内にあることがさらに好ましい。Ｓｉ含有率は、上記範囲内であれば任意に選択でき、例えば、８．００質量％～１１．５０質量％や、８．１０質量％～１１．３０質量％や、８．３０質量％～１１．００質量％や、８．５０質量％～１０．５０質量％や、８．７０質量％～１０．３０質量％や、８．９０質量％～１０．００質量％や、９．２０質量％～９．８０質量％や、９．４０質量％～９．６０質量％であってもよい。
（Ｃｕ：０．７質量％以上１．２質量％以下）
　Ｃｕ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｃｕは、アルミニウム合金中でＧ．Ｐ．ゾーンを形成する。このＧ．Ｐ．ゾーン（Ｇｕｉｎｉｅｒ－Ｐｒｅｓｔｏｎ　ｚｏｎｅ）が中間相となることによって、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。Ｇ．Ｐ．ゾーンは、時効硬化型合金の時効の際に母相中にあらわれる、溶質原子の集合体である。
　Ｃｕ含有率が０．７質量％未満になると、Ｃｕによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｃｕ含有率が１．２質量％を超えると、耐腐食性が低下するおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｃｕ含有率は０．７質量％以上１．２質量％以下の範囲内とされている。Ｃｕ含有率は、０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内にあることが好ましく、０．９質量％以上１．０質量％以下の範囲内にあることがより好ましい。Ｃｕ含有率は、上記範囲内であれば任意に選択でき、例えば、０．８０質量％～１．１０質量％や、０．８５質量％～１．０５質量％や、０．９０質量％～１．００．質量％や、０．９３質量％～０．９８質量％であってもよい。
（Ｍｇ：０．２質量％以上０．６質量％以下）
　Ｍｇ（成分）は、Ｃｕと同様にアルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｍｇは、アルミニウム合金中でＳｉやＣｕを含む化合物を形成する。この化合物がＱ相として析出することで、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
　Ｍｇ含有率が０．２質量％未満になると、Ｍｇによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｍｇ含有率が０．６質量％を超えると、Ｍｇによる引張強さの向上効果が低下するおそれがある。このため、本実施形態では、Ｍｇ含有率は、０．２質量％以上０．６質量％以下の範囲内とされている。Ｍｇ含有率は、０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲であることが好ましく、０．４５質量％以上０．５５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。Ｍｇ含有率は、上記範囲内であれば任意に選択でき、例えば、０．４０質量％～０．６０質量％や、０．４３質量％～０．５８質量％や、０．４７質量％～０．５３質量％であってもよい。
（Ｍｎ：０．３０質量％以上０．６０質量％以下）
　Ｍｎ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｍｎは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ金属間化合物等を含む微細な粒状の晶出物を形成することで、アルミニウム合金の引張強さの向上に寄与する。
　Ｍｎ含有率が０．３０質量％未満になると、Ｍｎによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｍｎ含有率が０．６０質量％を超えると、上記の金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さや伸びを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｍｎ含有率は、０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内とされている。Ｍｎ含有率は、０．３５質量％以上０．５５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。Ｍｎ含有率は、上記範囲内であれば任意に選択でき、例えば、０．３８質量％～０．５３質量％や、０．４０質量％～０．５０質量％や、０．４３質量％～０．４７質量％であってもよい。
（Ｆｅ：０．１０質量％以上０．３０質量％以下）
　Ｆｅ（成分）は、アルミニウム合金の引張強さを向上させる作用を有する。Ｆｅは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ金属間化合物、Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ金属間化合物、Ａｌ－Ｍｎ－Ｆｅ金属間化合物等を含む微細な晶出物として晶出することで、アルミニウム合金の機械的特性の向上に寄与する。
　Ｆｅ含有率が０．１０質量％未満になると、Ｆｅによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｆｅ含有率が０．３０質量％を超えると、上記金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さや伸びを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｆｅ含有率は０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内とされている。Ｆｅ含有量は、０．１５質量％以上０．２５質量％以下の範囲内にあることが好ましい。Ｆｅ含有率は、上記範囲内であれば任意に選択でき、例えば、０．１３質量％～０．２７質量％や、０．１７質量％～０．２０質量％であってもよい。
（Ｃｒ：０．０１質量％以上０．０３質量％以下）
　Ｃｒ（成分）は、アルミニウム合金の機械的特性を向上させる作用を有する。Ｃｒは、アルミニウム合金中でＡｌ－Ｆｅ－Ｃｒ金属間化合物等を含む微細なＣｒ含有金属間化合物として晶出することで、アルミニウム合金の機械的特性の向上に寄与する。
　Ｃｒ含有量が０．０１質量％未満になると、Ｃｒによる引張強さの向上効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Ｃｒ含有量が０．０３質量％を超えると、Ｃｒ含有金属間化合物が粗大な晶出物を形成してアルミニウム合金の引張強さや伸びを低下させるおそれがある。以上の理由から、本実施形態では、Ｃｒ含有率は０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内とされている。Ｃｒ含有量は、０．０１５質量％以上０．０２質量％以下の範囲内にあることが好ましい。Ｃｒ含有率は、上記範囲内であれば任意に選択でき、例えば、０．０１３質量％～０．０２８質量％や、０．０１８質量％～０．０２６質量％や、０．０２０質量％～０．０２４質量％であってもよい。
（不可避不純物）
　不可避不純物は、アルミニウム合金の原料又は製造工程から不可避的にアルミニウム合金に混入する不純物である。本実施形態のホイール用アルミニウム合金において、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｔｉの各元素の混入量は、これらの各元素の合計の含有率で０．５質量％を超えないことが好ましい。上記の各元素の合計含有率が０．５質量％を超えると、その各元素がＡｌ母相より先に晶出して、粗大な晶出物を形成することで、アルミニウム合金の延性が小さくなり、引張強さや伸びが低下するおそれがある。不可避不純物の量は、上記範囲内であれば任意に選択でき、例えば、０．５０質量％未満や、０．４０質量％以下や、０．３０質量％以下や、０．２０質量％以下や、０．１０質量％以下や、０．０５質量％以下や、０．０１質量％以下や、０．００１質量％以下であってもよい。
（Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物：１１８２μｍ２あたり２個以上含まない）
　Ｃｕを１質量％以上含有するＣｕ系晶出物の円相当直径が５μｍを超えると、アルミニウム合金の引張強さ及び伸びを低下させるおそれがある。このため、本実施形態では、円相当直径が５μｍを超える粗大なＣｕ系晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まないとされている。１１８２μｍ２あたりの粗大なＣｕ系晶出物の数は１個以下であることが好ましく、粗大なＣｕ系晶出物を含まないことがより好ましい。粗大なＣｕ系晶出物を含まない場合、アルミニウム合金に含まれるＣｕ系晶出物の最大円相当直径は、３μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。
　Ｃｕ系晶出物の円相当直径及び個数は、例えば、アルミニウム合金を切断し、その断面の３０．４７μｍ×３８．７９μｍ（＝１１８２μｍ２）の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ（電界放出形走査電子顕微鏡）／ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いて観察することによって測定することができる。すなわち、ＥＤＳを用いて元素分析を実施することにより、Ｃｕを１質量％以上含有するＣｕ系晶出物を検出し、検出されたＣｕ系晶出物の円相当直径及び個数をＳＥＭ画像により計測することによって測定することができる。前記晶出物の例としては、Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｓｉなどがあるが、これのみに限定されない。
（長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物：１１８２μｍ２あたり２個以上含まない）　長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物は、アルミニウム合金の引張強さや伸びを低下させるおそれがある。このため、本実施形態では、長さが８μｍ以上の粗大なＣｒ含有金属間化合物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まないとされている。１１８２μｍ２あたりの粗大なＣｒ含有金属間化合物の数は１個以下であることが好ましく、粗大なＣｒ含有金属間化合物を含まないことがより好ましい。粗大なＣｒ含有金属間化合物を含まない場合、アルミニウム合金に含まれるＣｒ含有金属間化合物の最大長さは、６μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。
　Ｃｒ含有金属間化合物の長さ及び個数は、上記のＣｕ系晶出物の場合と同様に、アルミニウム合金の断面の１１８２μｍ２の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて、Ｃｒ含有金属間化合物を検出し、検出されたＣｒ含有金属間化合物の長さ及び個数をＳＥＭ画像により計測することによって測定することができる。前記金属間化合物の例としては、Ａｌ－Ｃｒ－Ｓｉなどがあるが、これのみに限定されない。なおＣｒ含有金属間化合物とＣｕ系晶出物の違いとしては、金属間化合物としての形状などが挙げられる
（円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒：４７２６μｍ２あたり２個以上含まない）　円相当直径が１０μｍを超える粗大な初晶Ｓｉ粒は、アルミニウム合金の伸びを低下させるおそれがある。このため、本実施形態では、円相当直径が１０μｍを超える粗大な初晶Ｓｉ粒を、４７２６μｍ２あたり２個以上含まないとされている。粗大な初晶Ｓｉ粒の数は１以下であることが好ましく、粗大な初晶Ｓｉ粒を含まないことがより好ましい。粗大な初晶Ｓｉ粒を含まない場合、アルミニウム合金に含まれる初晶Ｓｉ粒の最大円相当直径は、８μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましい。
　初晶Ｓｉ粒の円相当直径及び個数は、アルミニウム合金の断面の６０．９μｍ×７７．６μｍ（＝４７２６μｍ２）の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて観察することによって、初晶Ｓｉ粒の円相当直径を測定することができる。なお初晶Ｓｉ粒は、Ｓｉのみからなる。
（共晶Ｓｉ粒の平均粒径：０．５μｍ以上４μｍ以下）
　共晶Ｓｉ粒の平均粒径が０．５μｍ未満であると耐摩耗性が不十分となるおそれがある。一方、共晶Ｓｉ粒の平均粒径が４μｍを超えると過剰な耐摩耗性を有し、相手材（例えば、タイヤ、シャフト）への攻撃性を強めるおそれがある。このため、本実施形態では、共晶Ｓｉ粒の平均粒径が０．５μｍ以上４μｍ以下の範囲内とされている。また平均粒径は、観察された共晶Ｓｉ粒の円相当直径の平均値である。
（共晶Ｓｉ粒の面積率が８％以上）
　共晶Ｓｉ粒の面積率が８％未満であると耐摩耗性が不十分となるおそれがある。このため、本実施形態では、共晶Ｓｉ粒の面積率が８％以上とされている。共晶Ｓｉ粒の面積率は、１５％以下であってもよい。例えば共晶Ｓｉ粒の面積率は、８．０～１５．０％や、９．０～１４．０％や、１０．０～１３．０％や、１１．０～１２．０％であってもよい。
　共晶Ｓｉ粒の平均粒径及び面積率は、上記の初晶Ｓｉ粒の円相当直径を得た場合と同様に、アルミニウム合金の断面の４７２６μｍ２の範囲について、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて観察することによって測定することができる。共晶Ｓｉ粒の面積率は、観察された断面の面積に対する、観察された共晶Ｓｉ粒の総面積の割合である。
（引張強さ：３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下、伸び：８％以上１２％以下）
　本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、２５℃における引張強さが３３０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下の範囲内にあってもよい。また、２５℃における伸びは８％以上１２％以下の範囲内にあってもよい。引張強さ及び伸びは、ＪＩＳ４号引張試験片を用いて、ＪＩＳ　Ｚ２２４１：２０１１（金属材料引張試験方法）の規定に準拠して測定した値である。前記引張強さは３４０ＭＰａ以上３７０ＭＰａ以下や、３５０ＭＰａ以上３６０ＭＰａ以下であってもよい。前記伸びは８．５％以上１１．５％以下であってもよく、９．０％以上１１．０％以下であってもよい。
（縦弾性係数：７７ＧＰａ以上）
　本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、２５℃における縦弾性係数（ヤング率）が７７ＧＰａ以上であってもよい。縦弾性係数は８５ＧＰａ以下であってもよい。縦弾性係数は、縦弾性係数測定用の試験片に機械的又は電気的に強制振動を与えて共振周波数（固有振動数）を計測し、この共振周波数から縦弾性係数を計算する方法（共振法）によって測定した値である。縦弾性係数は、例えば、７７．０ＧＰａ以上８５．０ＧＰａ以下や、７８．０ＧＰａ以上８４．０ＧＰａ以下や、７９．０ＧＰａ以上８３．０ＧＰａ以下や、８０．０ＧＰａ以上８２．０ＧＰａ以下であってもよい。
（耐腐食性：試験溶液に所定の条件で浸漬したときの腐食の進展深さが１ｍｍ未満）
　本実施形態のホイール用アルミニウム合金は、液温９０℃の試験溶液に、０．２％耐力の７０％に相当する応力を負荷した状態で１０時間浸漬したときの腐食の進展深さが１ｍｍ未満であってもよい。試験溶液は、ニクロム酸カリウム濃度が３質量％、無水クロム酸濃度が３．６質量％、塩化ナトリウム濃度が０．３質量％の水溶液である。
＜自動車のホイール＞
　本実施形態の自動車のホイールは、前述の本実施形態のホイール用アルミニウム合金で構成されている。すなわち、本実施形態のホイールは、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ及びＣｒなどの各添加元素の含有量が、前述の本実施形態のホイール用アルミニウム合金と同等である。また、本実施形態のホイールは、Ｃｕを１質量％以上含む晶出物、Ｃｒ含有金属間化合物、初晶Ｓｉ粒、共晶Ｓｉ粒などの析出物の含有量が、前述の本実施形態のホイール用アルミニウム合金と同等である。本実施形態の自動車のホイールは、鍛造品であってもよい。
　次に、本実施形態の自動車のホイールの製造方法について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る自動車のホイールの製造方法を示すフロー図である。本実施形態のホイールの製造方法は、図１に示すように、アルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程Ｓ０１と、溶湯を鋳造加工することによって鋳造品を得る鋳造工程Ｓ０２と、鋳造品に鍛造を行なって鍛造品を得る鍛造工程Ｓ０５とを有する。鋳造工程Ｓ０２と鍛造工程Ｓ０５との間に、均質化熱処理工程Ｓ０３、切断工程Ｓ０４を行なってもよい。また、鍛造工程Ｓ０５の後に、溶体化処理工程Ｓ０６、焼き入れ工程Ｓ０７、時効処理工程Ｓ０８、ショットピーニング工程Ｓ０９を行なってもよい。
（溶湯形成工程Ｓ０１）
　溶湯形成工程Ｓ０１では、Ａｌ源、Ｓｉ源、Ｃｕ源、Ｍｇ源、Ｍｎ源、Ｆｅ源、Ｃｒ源である原料を、上記の合金を形成する組成となるように混合し、得られた混合物を任意に選択される温度で加熱して溶解させることによって、アルミニウム合金溶湯を得る。Ａｌ源、Ｓｉ源、Ｃｕ源、Ｍｇ源、Ｍｎ源、Ｆｅ源及びＣｒ源は、それぞれ単一の金属材料であってもよいし、２種以上の金属を含む合金材料であってもよい。溶湯形成に使用される温度は任意に選択できる。
（鋳造工程Ｓ０２）
　鋳造工程Ｓ０２では、溶湯形成工程Ｓ０１で得られたアルミニウム合金溶湯を鋳造加工することによって、鋳造品（第１鋳造品）を得る。図２は、鋳造工程Ｓ０２で得られるアルミニウム合金（鋳造品）の一例を示す斜視図である。図２に示すように、鋳造工程Ｓ０２では、円柱状の鋳造品１０を得ることが好ましい。鋳造加工の方法には、特に制限はない。鋳造加工の方法としては、例えば、連続鋳造圧延法、ホットトップ鋳造法、フロート鋳造法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）等のアルミニウム合金の鋳造方法として従来より利用されている公知の方法を用いることができる。この鋳造工程により、Ｍｎは、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ金属間化合物を含む、微細な粒状の晶出物を形成する。また、Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ金属間化合物、Ａｌ－Ｃｕ－Ｆｅ金属間化合物、Ａｌ－Ｍｎ－Ｆｅ金属間化合物等の、微細な晶出物を形成する。また、Ｃｒは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｃｒ金属間化合物等の、微細なＣｒ含有金属間化合物として晶出物を形成する。
（均質化熱処理工程Ｓ０３）
　均質化熱処理工程Ｓ０３では、鋳造工程Ｓ０２で得られた円柱状の鋳造品１０に対して均質化熱処理を行なう。この均質化熱処理により、鋳造時に発生する添加元素の偏析を解消して組成を均質化させ、また、鋳造時の凝固により発生した過飽和固溶体を析出させ、さらに鋳造時の凝固により形成された準安定相を平衡相へ相変化させる。均質化熱処理における加熱温度は任意に選択できるが、例えば、４２０℃以上５００℃以下の範囲内である。必要に応じて、４３０℃以上４８０℃以下や、４４０℃以上４６０℃以下などであってもよい。
（切断工程Ｓ０４）
　切断工程Ｓ０４では、均質化熱処理工程Ｓ０３で均質化熱処理を施した円柱状の鋳造品１０を所定のサイズに切断し、鍛造用の鋳造品を得る。すなわち、切断工程Ｓ０４では、鋳造品１０を平面に沿って切断することによって、鍛造用の鋳造品を得る。
（鍛造工程Ｓ０５）
　鍛造工程Ｓ０５では、切断工程Ｓ０４で得られた鍛造用の鋳造品に鍛造加工を行なって、所望の形状の鍛造品（第２鋳造品；自動車のホイール）を得る。鍛造加工の方法は、熱間鍛造を用いてもよいし、冷間鍛造を用いてもよい。熱間鍛造における加熱温度は、例えば、３５０℃以上４５０℃以下の範囲内である。必要に応じて、３７０℃以上４３０℃以下や、３９０℃以上４２０℃以下などであってもよい。）
（溶体化処理工程Ｓ０６）
　溶体化処理工程Ｓ０６では、鍛造工程Ｓ０５で得られた鍛造品に溶体化処理を行なう。この溶体化処理によって、鍛造品中のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇなどの元素がアルミニウム合金に再固溶した固溶状態を生成させる。溶体化処理における加熱温度は任意に選択できるが、例えば、４５０℃以上５４０℃以下の範囲内である。必要に応じて、４７０℃以上５３０℃以下や、４９０℃以上５１０℃以下などであってもよい。
（焼き入れ工程Ｓ０７）
　焼き入れ工程Ｓ０７では、溶体化処理工程Ｓ０６で固溶状態とされた鍛造品に焼き入れ処理を行なう。この焼き入れ処理によって、鍛造品を急冷することにより、固溶状態が維持された過飽和固溶体を生成させる。
　なお、鍛造工程Ｓ０５において、鍛造加工を熱間鍛造で行なった場合、溶体化処理工程Ｓ０６を行なわずに、熱間鍛造時の加熱を利用し、鍛造後そのまま焼き入れを行なう鍛造焼き入れを行なってもよい。焼き入れ処理の例としては、水焼き入れなどが挙げられる。
（時効処理工程Ｓ０８）
　時効処理工程Ｓ０８では、焼き入れ処理工程Ｓ０７で過飽和固溶体とされた鍛造品に時効処理を行なう。この時効処理によって、鍛造品に対して低温で焼き戻しを行なう。この時効処理により、鍛造品を構成するアルミニウム合金中にクラスタが生成し、このクラスタを核としてＣｕが析出してＧ．Ｐ．ゾーンが生成する。また、Ｍｇは、ＳｉやＣｕと化合物を形成して、Ｑ相として析出する。時効処理における加熱温度は任意に選択できるが、例えば、１５０℃以上２２０℃以下の範囲内である。必要に応じて、１７０℃以上２００℃以下や、１８０℃以上１９０℃以下などであってもよい。加熱時間は任意に選択できるが、例えば、０．５時間～２０時間や、１時間～１６時間等が例として挙げられる。
（ショットピーニング工程Ｓ０９）
　ショットピーニング工程Ｓ０９では、時効処理工程Ｓ０８で時効処理を行なった鍛造品を機械加工にて切削した後、ショットピーニングして表面近傍に塑性加工を加えることで疲労強度を向上させる。高速で合金表面に砥粒を衝突させるショットピーニングで用いる砥粒のサイズは１ｍｍ以下とするのが好ましい。砥粒の材料としては、例えば、ステンレス鋼（例：ＳＵＳ３０４）、アルミナ等を用いることができる。また、ピーニング圧力は１ＭＰａ以下とするのが好ましい。
　以上の製造方法によって、自動車のホイール（鍛造品）を製造することができる。
　以上のような構成を有する本実施形態の自動車のホイール用アルミニウム合金は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒの各添加元素を上記の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物とされていて、Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を、１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まないとされているので、引張特性、縦弾性係数及び耐腐食性などの特性が向上する。
　また、本実施形態のホイール用アルミニウム合金において、共晶Ｓｉ粒の平均粒径が０．５μｍ以上４μｍ以下の範囲内にあって、共晶Ｓｉ粒の面積率が８％以上である場合は、引張特性と縦弾性係数がより確実に向上する。
　また、本実施形態の自動車のホイールは、上述のホイール用アルミニウム合金で構成されているので、引張特性、縦弾性係数及び耐腐食性などの特性が向上する。
　なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
＜実施例１＞
　Ｓｉ源、Ｃｕ源、Ｍｇ源、Ｍｎ源、Ｃｒ源、Ｆｅ源及びＡｌ源を含む混合物を加熱することによって、Ｓｉを１０．０質量％、Ｃｕを０．９質量％、Ｍｇを０．３質量％、Ｍｎを０．５質量％、Ｃｒを０．０２質量％、Ｆｅを０．２０質量％の割合で含有し、残部がＡｌからなるアルミニウム合金の溶湯を形成した。次いで、得られた溶湯を、連続鋳造加工することによって、直径が７６ｍｍで高さが１０００ｍｍの円柱状の鋳造品（第１鋳造品）を得た。得られた鋳造品に均質化熱処理を施した後、鋳造品を空冷した。次いで、鋳造品を７５ｍｍの高さに切断して、鍛造用の鋳造品を得た。得られた鋳造品に熱間鍛造を行なうことによって、ホイール状の鍛造品（第２鋳造品）を得た。得られた鍛造品に溶体化処理を施した後、水焼き入れ処理を行なった。次に、水焼き入れ処理後の鋳造品に時効処理を施して、ホイール用の鍛造品を得た。
＜実施例２、３および比較例１～１２＞
　アルミニウム合金のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅの含有量を、表１に示す割合に変えたこと以外は、実施例１と同様にして、ホイール用の鍛造品を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［評価］
　実施例１～３及び比較例１～１２で得られたホイール用の鍛造品について、以下の評価を行なった。
＜組成＞
　ホイール用の鍛造品のＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅの各元素の含有率を、次のようにして測定した。ホイール用の鍛造品を、酸塩酸と過酸化水素とを用いて溶解させる。得られた溶液中の各元素の含有量を、ＩＣＰ発光分光装置を用いて測定し、その測定値を、鍛造品中の各元素の含有率に換算する。
　この測定の結果、各実施例及び比較例で得られた鍛造品の各元素の含有率は、それぞれ表１に示す含有率と同じであった。
＜組織観察＞
　ホイール用の鍛造品の組織を、次のようにして観察した。
　ホイール用の鍛造品を２×５×１０ｍｍのサイズに切り出して観察用試料を作製する。観察用試料の鍛造方向に対して平行な面を、観察面加工して観察面とする。観察用試料の観察面を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳを用いて拡大倍率３０００倍で観察する。観察視野（３０．４７μｍ×３８．７９μｍ＝１１８２μｍ２）に対して、ＥＤＳを用いて元素分析を行なって、Ｃｕを１質量％以上含むＣｕ系晶出物及びＣｒ含有金属間化合物を特性する。またＦＥ－ＳＥＭの拡大倍率１５００倍に設定し、ＦＥ－ＳＥＭの観察視野（６０．９μｍ×７７．６μｍ＝４７２６μｍ２）に対して、Ｓｉを含む結晶粒の形状とサイズを観察して、初晶Ｓｉ粒、共晶Ｓｉ粒を特定する。Ｃｕ系晶出物は円相当直径を算出し、「円相当直径が５μｍを超えるＣｕ系晶出物の個数」と「最大円相当直径」を求める。Ｃｒ含有金属間化合物は長さを算出し、「長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物の個数」と「最大長さ」を求める。初晶Ｓｉ粒は円相当直径を算出し、「円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒の個数」と「最大円相当直径」を求める。共晶Ｓｉ粒は、１５０個の粒径を計測し、「平均粒径」を算出し、観察視野における共晶Ｓｉ粒の占有率である「面積率」を求める。
　測定結果を、表２に示す。
＜耐腐食性＞
　ホイール用の鍛造品の耐腐食性を、応力腐食割れ（ＳＣＣ）試験により評価した。
　ホイール用の鍛造品を４×２×４５ｍｍのサイズに切り出して耐腐食性評価用試料を作製する。耐腐食性評価用試料を、予め測定した０．２％耐力の７０％に相当する応力が負荷されるように、ひずみゲージを用いて、３点曲げする。３点曲げした耐腐食性評価用試料を、液温９０℃の試験溶液（ニクロム酸カリウム濃度が３質量％、無水クロム酸濃度が３．６質量％、塩化ナトリウム濃度が０．３質量％の水溶液）に１０時間浸透させる。浸漬後、耐腐食性評価用試料を試験溶液から取り出して、水洗した後、乾燥する。乾燥後の耐腐食性評価用試料を、光学顕微鏡を用いて観察して、き裂発生の有無、き裂無しの場合は腐食の進展深さを測定する。
　測定結果を、表２に示す。表２において、耐腐食性の評価は、腐食の進展最大深さが１ｍｍ未満のものを「〇（可）」とし、１ｍｍ以上のものを「×（不可）」とした。
＜引張特性（引張強さ・破断伸び）＞
　ホイール用の鍛造品の引張強さと伸びを、次のようにして測定した。
　ホイール用の鍛造品を１０×１０×７０ｍｍのサイズに切り出してＪＩＳ１４Ａ号引張試験片を作製する。得られたＪＩＳ１４Ａ号引張試験片に対して、ＪＩＳ　Ｚ２２４１：２０１１（金属材料引張試験方法）の規定に準拠して引張試験を行い、２５℃における引張強さ（ＭＰａ）と破断伸び（％）を測定する。
　測定結果を、表２に示す。表２において、引張特性の評価は、引張強さが３３０ＭＰａ以上であって、かつ破断伸びが８％以上であるものを「○（可）」とし、引張強さが３３０ＭＰａ未満である、あるいは伸びが８％未満であるものを「×（不可）」とした。
＜縦弾性（縦弾性係数）＞
　ホイール用の鍛造品の縦弾性係数を、次のようにして測定した。
　ホイール用の鍛造品を所定のサイズに切り出して縦弾性評価用試料を作製する。縦弾性評価用試料に対して共振法を用いて、２５℃における縦弾性係数（ＧＰａ）を測定する。　測定結果を、表２に示す。表２において、縦弾性の評価は、縦弾性係数が７７ＧＰａ以上であるものを「〇（可）」とし、縦弾性係数が７７ＧＰａより低いものを「×（不可）」とした。
＜総合評価＞
　耐腐食性、引張特性及び縦弾性の全てが「〇（可）」のものは、総合評価を合格（「〇」）とし、耐腐食性、引張特性及び縦弾性のいずれか一つでも「×（不可）」があったものは、総合評価を不合格（「×」）とした。その結果を、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果から、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒの各添加元素の含有量と、Ｃｕを１質量％以上含む晶出物、Ｃｒ含有金属間化合物、初晶Ｓｉ粒、共晶Ｓｉ粒などの析出物の含有量が本発明の範囲内にある実施例１～３の鍛造品は、耐腐食性、引張特性及び縦弾性の全ての項目において優れていることが確認された。これに対し、各添加元素の含有量や析出物の混入量が本発明の範囲から外れる比較例１～１２では、耐腐食性、引張特性及び縦弾性のうち少なくとも一つの特性が不十分であった。
本発明は、引張特性、縦弾性係数、耐腐食性が向上した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を提供する。
　本発明に係る自動車のホイールは、引張強さと伸びが大きいので、衝撃が加えられたときに破壊しにくい。また。本発明に係る自動車のホイールは、縦弾性係数が大きく、変形しにくいので、タイヤのクリップ力を発揮させることができる。さらに、本発明に係る自動車のホイールは、雨耐腐食性に優れるので、長期間にわたって使用することができる。
　１０　鋳造品

Claims (5)

  1. 　Ｓｉを８．０質量％以上１１．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．７質量％以上１．２質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．２質量％以上０．６質量％以下の範囲内、Ｍｎを０．３０質量％以上０．６０質量％以下の範囲内、Ｆｅを０．１０質量％以上０．３０質量％以下の範囲内、Ｃｒを０．０１質量％以上０．０３質量％以下の範囲内で含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、
    　Ｃｕを１質量％以上含有し、円相当直径が５μｍを超える晶出物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、
    　長さが８μｍ以上のＣｒ含有金属間化合物を１１８２μｍ２あたり２個以上含まず、　円相当直径が１０μｍを超える初晶Ｓｉ粒を４７２６μｍ２あたり２個以上含まないことを特徴とする自動車のホイール用アルミニウム合金。
  2. 　共晶Ｓｉ粒の平均粒径が０．５μｍ以上４μｍ以下の範囲内にあって、前記共晶Ｓｉ粒の面積率が８％以上である請求項１に記載の自動車のホイール用アルミニウム合金。
  3. 　請求項１または２に記載の自動車のホイール用アルミニウム合金で構成された自動車のホイール。
  4. 　鍛造品である請求項３に記載の自動車のホイール。
  5. 　Ｓｉを８．５質量％以上１０．５質量％以下の範囲内、Ｃｕを０．８質量％以上１．１質量％以下の範囲内、Ｍｇを０．４質量％以上０．６質量％以下の範囲内で含む、請求項１に記載の自動車のホイール用アルミニウム合金。
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