JPH04247842A - 自動車ホイールリム用のロール成形加工用アルミニウム合金圧延板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車のホイールに
使用されるアルミニウム合金板、とりわけ２ピース型の
ホイールのリムに適したアルミニウム合金板に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年に至り、自動車のホイールとしては
、軽量性、耐食性、ファッション性等の点からアルミニ
ウム合金を用いることが極めて多くなっている。アルミ
ニウム合金製自動車用ホイールの種類は、鋳物ホイール
、鍛造ホイール、圧延材成形ホイールの３種に大別され
、このうち圧延材成形ホイールとしては、１ピースホイ
ール、２ピースホイールおよび３ピースホイールがある
。

【０００３】ところで圧延材成形加工タイプのアルミニ
ウム合金製２ピースホイールの製造方法としては、リム
素材としての圧延材からなる条材の両端をフラッシュバ
ット溶接、アップセット溶接等の加圧圧接溶接により接
合して環状とした後、ロール成形加工を施してリムとし
、一方別にディスク素材としての圧延板をプレス加工し
てディスクを作成し、リムとディスクを組付けてＭＩＧ
溶接等によりホイールとするのが通常である。

【０００４】このようにアルミニウム合金製２ピースホ
イールでは、特にリム材についてはロール成形加工が施
されることから、ロール成形加工において肌荒れや割れ
が生じたりしないように、ロール成形加工性が良好であ
ることが要求される。また自動車ホイールには当然のこ
とながら高強度が要求され、さらには外観品質が良好で
あって、特にファッション性の観点から陽極酸化処理後
に高い光輝性を有することが要求されることが多い。な
おここでリム材には前述のように加圧圧接溶接が施され
るから、陽極酸化処理後における光輝性に関しては、加
圧圧接溶接部と母材部分とで差がないことが望まれる。

【０００５】従来、光輝性を重視したアルミニウム合金
製自動車ホイール用リム材としては、例えば特開平２−
８３４２号公報に示されているようなＪＩＳ　　５００
０番系のアルミニウム合金、すなわち非熱処理型合金で
あるＡｌ−Ｍｇ系合金が知られている。

【０００６】また、強度を重視したアルミニウム合金製
自動車ホイール用リム材としては、ＪＩＳ　　Ａ６０６
１Ｐ等のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の熱処理型合金が知られて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来のリ
ム材のうち、前者の非熱処理型合金であるＡｌ−Ｍｇ系
合金では、陽極酸化処理後の光輝性は高いものの、リム
を高強度化するために圧延板強度を高めれば、ロール成
形加工時に割れが発生する等の問題が生じ、したがって
高強度化にも限界がある。

【０００８】一方、後者のＪＩＳ　　Ａ６０６１Ｐ等の
従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の熱処理型合金では、高強度
は得られるものの、陽極酸化処理後の光輝性が劣る問題
がある。またこの種の従来の合金では、溶体化処理−焼
入れの状態では強度が高過ぎてロール成形加工が困難と
なり、そこで一般には焼なまし材（Ｏ材）の状態でロー
ル成形加工を行ない、その後溶体化処理−焼入れを行な
った後、人工的な時効処理により析出硬化を図って高強
度を得ているが、このようなプロセスではロール成形加
工時における加工硬化による強度向上を生かすことがで
きない不利益がある。

【０００９】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、高強度を得ることができると同時にロール成
形加工も容易であり、しかも陽極酸化処理後の光輝性が
高く、かつ母材部分とフラッシュバット溶接、アップセ
ット溶接等の加圧圧接溶接部の光輝性に差がない自動車
ホイール用アルミニウム合金板、およびその製造方法を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するべ
く本発明者等が種々実験・検討を重ねた結果、従来のＡ
ｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の熱処理型合金を改良し、Ｍｇ量とＳ
ｉ量を適切に設定すると同時に、他の合金元素含有量も
適切に設定し、併せて結晶粒径を適切に設定することに
よって、ロール成形加工性を損なうことなく高強度化を
達成し得ると同時に、陽極酸化処理後に高い光輝性を有
する自動車ホイール用アルミニウム合金板が得られるこ
とを見出し、またＭｇ量、Ｓｉ量に応じて溶体化処理条
件を適切に設定することによって上述のような優れた特
性のアルミニウム合金板を実際に製造し得ることを見出
し、この発明をなすに至ったのである。

【００１１】具体的には、請求項１に記載の発明は、自
動車ホイール用アルミニウム合金板についてのものであ
って、Ｍｇ　０．２〜　０．９％、Ｓｉ　０．２〜　０
．７％、Ｃｒ０．０５〜　　０．１５％、Ｃｕ　０．２
〜　０．８％を含有し、かつＭｇとＳｉとの合計含有量
が　０．９〜　　１．２％の範囲内とされ、さらにＦｅ
が　０．１％以下に規制されるとともに、その他の不可
避的不純物元素がそれぞれの単独含有量で０．０５％以
下に規制され、残部が実質的にＡｌよりなり、任意断面
の平均結晶粒径が　３００μｍ以下であって、陽極酸化
処理後の表面の反射率が６０％以上であることを特徴と
するものである。

【００１２】また請求項２に記載の発明は、自動車ホイ
ール用アルミニウム合金板の製造方法についてのもので
あって、Ｍｇ　０．２〜　０．９％、Ｓｉ　０．２〜　
０．７％、Ｃｒ０．０５〜０．１５％、Ｃｕ　０．２〜
　０．８％を含有し、かつＭｇとＳｉとの合計含有量が
　０．９〜　　１．２％の範囲内とされ、さらにＦｅが
　０．１％以下に規制されるとともに、その他の不可避
的不純物元素がそれぞれの単独含有量で０．０５％以下
に規制され、残部が実質的にＡｌよりなるアルミニウム
合金溶湯を鋳造し、得られた鋳塊を４００〜５２０℃の
範囲内の温度に加熱して、熱間圧延、もしくは熱間圧延
および冷間圧延を行なってから、次の不等式２００℃×
｛［Ｍｇ量（ｗｔ％）］＋［Ｓｉ量（ｗｔ％）］｝＋　
２５０℃≦Ｔｓ≦　５２０℃によって定められる範囲内
の温度Ｔｓで溶体化処理してから焼入れることを特徴と
するものである。

【００１３】

【作用】先ずこの発明における合金の成分組成限定理由
を説明する。

【００１４】Ｍｇ，Ｓｉ：これらはロール成形加工後の
人工時効処理により高強度を付与するために必須の元素
である。Ｍｇ量が　０．２％未満、Ｓｉ量が　０．２％
未満、Ｍｇ量とＳｉ量との合計量が　０．９％未満では
、陽極酸化処理後の光輝性は良好であるが高強度が得ら
れず、一方Ｍｇ量が　０．９％、Ｓｉ量が　０．７％、
Ｍｇ量とＳｉ量との合計量が　１．２％をそれぞれ越え
れば光輝性が低くなり、また強度は高くなるが成形性が
低下する。したがってＭｇ量を　０．２〜　０．９％、
Ｓｉ量を　０．２〜　０．７％、Ｍｇ＋Ｓｉの合計量を
　０．９〜　１．２％の範囲内とした。

【００１５】Ｃｒ：Ｃｒは結晶粒を微細化して、ロール
成形時の肌荒れや割れの発生を防止し、ロール成形加工
性を向上させるに有効な元素である。Ｃｒ量が０．０５
％未満ではその効果が得られず、０．１５％を越えれば
陽極酸化処理後の光輝性が低下するから、Ｃｒは０．０
５〜０．１５％の範囲内とした。

【００１６】Ｃｕ：Ｃｕは強度向上に寄与するとともに
、化学研磨時の光輝性を向上させ、ひいては陽極酸化処
理後の光輝性を向上させる効果を有する。Ｃｕ量が　０
．２％未満では強度向上の効果が得られず、　０．８％
を越えれば色調が変化してしまい、自動車ホイール用リ
ム材として不適当となる。したがってＣｕ量は　０．２
〜　０．８％の範囲内とした。

【００１７】Ｆｅ：ＦｅはＡｌ，Ｓｉと化合してＡｌ−
Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を生成し、化学研磨時に光輝
性を損ない、ひいては陽極酸化処理後の光輝性を低下さ
せるから　０．１％未満の微量に規制する必要がある。

【００１８】さらに不可避的不純物としてＭｎ，Ｚｎ等
が含有されることがあるが、これらの不純物元素は、そ
れぞの単独含有量が０．０５％を越えれば陽極酸化処理
後の光輝性が損なわれるから、各不純物元素の単独含有
量を０．０５％以下に規制することとした。

【００１９】そのほか、通常のアルミニウム合金におい
ては鋳塊結晶粒微細化のために微量のＴｉ、またはＴｉ
およびＢを添加することがあるが、この発明の場合にも
微量のＴｉ、またはＴｉおよびＢを添加することは許容
され、Ｔｉ０．０１％程度、Ｂ　　０．００１％程度は
添加するのが通常である。なおＴｉが０．１５％を越え
れば粗大な初晶ＴｉＡｌ３　が晶出して成形性を害する
から、Ｔｉは０．１５％以下とすることが好ましく、ま
たＢをＴｉと併せて添加する場合にＢが５００ｐｐｍを
越えればＴｉＢ２　粒子が生成されて筋状欠陥が生じる
から、Ｂは５００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。さ
らにＭｇを含有する系のアルミニウム合金では、溶湯酸
化防止のために微量のＢｅを添加することがあるが、こ
の発明の場合も微量のＢｅの添加は許容される。但しＢ
ｅが５００ｐｐｍを越えればその効果が飽和し、経済的
に無意味であるから、Ｂｅは５００ｐｐｍ以下とするこ
とが好ましい。

【００２０】この発明の自動車ホイール用アルミニウム
合金板では、以上のように合金成分組成を設定するばか
りでなく、任意の断面における平均結晶粒径を３００μ
ｍ以下とする必要がある。すなわち、一般に結晶粒径が
大きければ、ロール成形加工時に肌荒れが生じて外観を
損なったり、肌荒れ部から割れが発生してしまうことが
ある。この発明の成分組成のアルミニウム合金板では、
任意の断面の平均結晶粒径が　３００μｍを越えれば上
述のようなロール成形加工後の肌荒れやそれによる割れ
が生じるおそれがあり、そこでこの発明では平均結晶粒
径を　３００μｍ以下に規制することによって、ロール
成形加工時の肌荒れや割れ発生を防止して、ロール成形
加工性を向上させている。

【００２１】次に以上のような成分組成、平均結晶粒径
を有する自動車ホイール用アルミニウム合金板の製造方
法、すなわち請求項２に記載の発明の方法について説明
する。

【００２２】先ず前述のような成分組成を有する合金溶
湯を常法に従って溶製し、鋳造する。鋳造方法は任意で
あるが、通常はＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）を適用すれ
ば良い。

【００２３】得られた鋳塊は４００〜５２０℃の範囲内
の温度に３０分〜２４時間程度加熱してから、熱間圧延
する。この鋳塊加熱温度が４００℃未満では熱間圧延性
が悪く、一方５２０℃を越えれば熱間圧延性は向上する
ものの、Ａｌ−Ｃｒ系析出物が析出して光輝性が低下す
るから、４００〜５２０℃の範囲内とした。なお熱間圧
延前の鋳塊加熱としては、鋳塊に対する均質化処理と熱
間圧延のための予備加熱とを分けて行なう場合もあるが
、この場合も均質化処理は５２０℃以下の温度で行なう
ことが望ましい。

【００２４】上述のように鋳塊を４００〜５２０℃の範
囲内の温度に加熱してから、その温度で熱間圧延を開始
する。熱間圧延は常法に従って行なえば良い。熱間圧延
後の熱延板に対しては、そのまま後述する溶体化処理を
施しても良いが、成形加工性等を考慮してさらに冷間圧
延を施して組織の均一性を図り、その後溶体化処理を行
なっても良い。

【００２５】溶体化処理は、合金のＭｇ量、Ｓｉ量に応
じて、 　　　　　　　　　２００℃×｛［Ｍｇ量（ｗｔ％）］
＋［Ｓｉ量（ｗｔ％）］｝＋　２５０℃によって定まる
温度（下限温度）以上で、かつ５２０℃以下の範囲内の
温度に加熱して行なう。この溶体化処理の温度が上記の
下限温度未満では、ロール成形加工を行なってから人工
時効処理を施した後の強度が充分に高くならず、一方５
２０℃を越えれば陽極酸化処理後の光輝性が低下してし
まうから、溶体化処理温度は上述のように定めた。なお
その溶体化処理温度における保持時間は特に定めないが
、通常は０〜１時間程度が好ましい。このように溶体化
処理温度に加熱保持した後には直ちに常法に従って焼入
れする。この焼入れ時の冷却速度は特に限定しないが、
通常は強制空冷以上の冷却温度とすれば良い。

【００２６】以上のようにして得られた自動車ホイール
用アルミニウム合金板を用いて自動車用ホイールを製造
する場合、例えば２ピースホイールのリム材製造におい
ては、フラッシュバット溶接、アップセット溶接等によ
り溶接した後、ロール成形を行ない、その後人工時効処
理を施して所要の高強度を得る。この人工時効処理の条
件は、一般には１６０〜２００℃程度で１〜１６時間程
度加熱すれば良い。

【００２７】

【実施例】表１の合金番号１〜７に示す成分組成のアル
ミニウム合金溶湯をそれぞれ常法に従って溶製した。な
おここで合金番号１〜４の合金はこの発明の成分組成範
囲内の合金、合金番号５の合金は特開平２−８３４２号
公報記載の非熱処理型の比較合金、合金番号６の合金は
ＪＩＳ　　Ａ６０６１Ｐに相当する比較合金、合金番号
７の合金はＣｒ量がこの発明の下限より少ない比較合金
である。

【００２８】これらの各合金を半連続鋳造法により鋳造
して、　４５０ｍｍ×１２００ｍｍ×３０００ｍｍの鋳
塊を得た。その鋳塊を４８０℃×２時間加熱した後、そ
の温度で熱間圧延を開始し、厚さ　７ｍｍの熱延板とし
た。次いで板厚　５ｍｍまで冷間圧延を行なった。そし
て、合金番号５の合金を用いた圧延板を除き、４９０℃
×　０．５時間の溶体化処理後、水焼入れしてＴ４処理
材とした。合金番号５の合金を用いた圧延板については
、３５０℃×２時間の焼なましを施してＯ材とした。

【００２９】以上の各板について、３０日間経過後の機
械的性質と平均結晶粒径を調べたので、その結果を表２
に［母材の特性］として示す。

【００３０】さらに、各板のうち、合金番号１〜４、６
，７のＴ４処理材について、溶体化処理後３０日経過後
にそのまま人工時効処理を行なった場合の機械的性質を
調べた結果を、［人工時効処理後の特性］として表３中
に示す。同じく溶体化処理を施してから３０日経過後、
２ピースホイールのリム材に対するロール成形加工に相
当する冷間加工（冷間圧延）を行なってから人工時効処
理を行なった場合の機械的性質および光輝性を調べたの
で、その結果も表３中に［ロール成形相当加工−人工時
効処理後の特性］として示す。

【００３１】なおここで人工時効処理は、従来から６０
００番系合金に適用されている一般的な条件である、１
８０℃×　５．５時間の条件で行なった。また２ピース
ホイールのリム材のロール成形時における加工度は、弱
加工部では約　５％、強加工部では約３０％が一般的で
あり、そこで前述の２ピースホイールのリム材に対する
ロール成形加工相当の冷間加工としては、圧延率３０％
の冷間圧延を適用した。また光輝性は、表面を羽布研磨
した後、リン酸系化学研磨剤にて化学研磨し、水洗して
から１５％硫酸電解液を用いて陽極酸化処理を施して膜
厚　３μｍの陽極酸化皮膜を生成し、さらに水洗後、封
孔処理を施し、その封孔処理後の表面について、入射角
、受光角ともに６０°として光沢度計を用いて反射率を
測定した。

【００３２】なお合金番号５の合金を用いた圧延板（Ｏ
材）については、ロール成形加工相当の３０％の冷間圧
延を行なった後に人工時効処理を施さずに機械的性質、
光輝性を調べたので、その結果も表３の［ロール成形相
当加工−人工時効処理後の特性］の欄に括弧書きで記入
した。

【００３３】また、前述の合金番号１〜４、６、７のＴ
４処理材および合金番号５のＯ材を用いて実際に２ピー
スホイール（公称１４インチ径）のリムを製造する試験
を行ない、ロール成形加工における成形性と最終的な光
輝性を調べたので、その結果も表３中に［リム製造試験
］として示す。

【００３４】ここで、２ピースホイールリムの製造は次
のようにして行なった。すなわち、厚さ　５ｍｍの各板
を幅　２２５ｍｍ、長さ１１８０ｍｍに切断した後、短
円筒状に湾曲させて、フラッシュバット溶接により両端
突合せ部分を接合した。このフラッシュバット溶接条件
は、その後のロール成形において溶接部からの割れや破
断が生じないような所謂健全な溶接部が形成されるよう
な条件とした。このようにして溶接後、溶接部のバリを
除去してから、ロール成形加工によりリム形状に成形し
、その後１８０℃×　５．５時間の人工時効処理を施し
た後、自動羽布研磨装置を用いて、ロール成形加工時の
筋目および溶接部のバリ除去部分の痕跡が消えるまで研
磨を行い、リン酸系化学研磨液にて１００℃×　１．５
分の化学研磨後、流水で１０分間水洗してから、１５％
硫酸電解液を用いて電流密度１Ａ／ｄｍ２　にて陽極酸
化処理を皮膜厚が　３μｍとなるように行ない、流水で
１０分間水洗してから封孔処理を行なった。

【００３５】なお上述の２ピースホイールのリム製造試
験における成形性は次のように評価した。

【００３６】○印：支障なくロール成形加工でき、外観
異常の発生もなし（合格）。

【００３７】△印：ロール成形加工はできたが、肌荒れ
により外観不良が発生した（不合格）。

【００３８】×印：ロール成形加工が困難で、成形でき
なかった（不合格）。

【００３９】また光輝性は目視により調べ、特にフラッ
シュバット溶接部の光輝性と母材部分の光輝性を比べた
。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】表２、表３から明らかなように、この発明
の成分組成範囲内でかつ平均結晶粒径もこの発明で規定
する　３００μｍ以下となった本発明例のアルミニウム
合金板は、いずれもリムに成形するためのロール成形加
工における成形性が良好であってしかも人工時効処理後
に高強度が得られ、かつ最終的な陽極酸化処理後の光輝
性が高く、しかもフラッシュバット溶接部の光輝性も母
材部分と同等となっていた。

【００４４】これに対し合金番号５の比較例の場合には
、非熱処理材であって充分な高強度を得ることができず
、また合金番号６の比較例の場合には、母材の段階で強
度が高過ぎ、リムとするためのロール成形加工における
成形性が劣っていた。さらに合金番号７の比較例の場合
は、Ｃｒ量が少ないため結晶粒径が大きく、ロール成形
加工における成形性が劣り、肌荒れが発生した。

【００４５】

【発明の効果】実施例からも明らかなように、この発明
の自動車ホイール用アルミニウム合金板は、成形性が良
好でかつ人工時効処理によって高強度を発揮させること
ができ、しかも陽極酸化処理後の光輝性も高く、したが
って高強度、高輝度の自動車ホイール用リム材に最適で
ある。

【００４６】なおこの発明の自動車ホイール用アルミニ
ウム合金板は、フラッシュバット溶接、アップセット溶
接等の溶接部の光輝性も高いことから、２ピースホイー
ルのリム材に最適であるが、もちろんフラッシュバット
溶接等を行なわない１ピースホイール材や３ピースホイ
ールのリム材、あるいは２ピースホイール、３ピースホ
イールのディスク材としても使用できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｍｇ　０．２〜　０．９％（重量％、
   以下同じ）、Ｓｉ　０．２〜　０．７％、Ｃｒ０．０５
   〜０．１５％、Ｃｕ　０．２〜　０．８％を含有し、か
   つＭｇとＳｉとの合計含有量が　０．９〜　１．２％の
   範囲内とされ、さらにＦｅが　０．１％以下に規制され
   るとともに、その他の不可避的不純物元素がそれぞれの
   単独含有量で０．０５％以下に規制され、残部が実質的
   にＡｌよりなり、任意断面の平均結晶粒径が　３００μ
   ｍ以下であって、陽極酸化処理後の表面の反射率が６０
   ％以上であることを特徴とする自動車ホイール用アルミ
   ニウム合金板。
2. 【請求項２】　　Ｍｇ　０．２〜　０．９％、Ｓｉ　０
   ．２〜　０．７％、Ｃｒ０．０５〜０．１５％、Ｃｕ　
   ０．２〜　０．８％を含有し、かつＭｇとＳｉとの合計
   含有量が　０．９〜　１．２％の範囲内とされ、さらに
   Ｆｅが　０．１％以下に規制されるとともに、その他の
   不可避的不純物元素がそれぞれの単独含有量で０．０５
   ％以下に規制され、残部が実質的にＡｌよりなるアルミ
   ニウム合金溶湯を鋳造し、得られた鋳塊を４００〜５２
   ０℃の範囲内の温度に加熱して、熱間圧延、もしくは熱
   間圧延および冷間圧延を行なってから、次の不等式　２
   ００℃×｛［Ｍｇ量（ｗｔ％）］＋［Ｓｉ量（ｗｔ％）
   ］｝＋　２５０℃≦Ｔｓ≦　５２０℃によって定められ
   る範囲内の温度Ｔｓで溶体化処理してから焼入れること
   を特徴とする自動車ホイール用アルミニウム合金板の製
   造方法。