JPH07110982B2

JPH07110982B2 - ディスクホイールリム用アルミニウム素材

Info

Publication number: JPH07110982B2
Application number: JP3208316A
Authority: JP
Inventors: 達史黒淵; 俊夫三橋; 弘宮崎
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPH06340953A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディスクホイールリム用
アルミニウム素材に関する。詳しくは、本発明は、特定
の組成のアルミニウム基合金溶湯から、熱間及び冷間圧
延なしに、直接鋳造圧延法によって４〜６mmの厚さの鋳
造板に成形してなることを特徴とする、機械的強度、成
形性、耐食性及び光沢性に優れたツー（２）・ピース又
はスリー（３）・ピースのディスクホイールのリム部に
用いられるアルミニウム素材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の軽量化に伴い、各部品の
アルミ化が検討され、その中でもディスクホイールのア
ルミ化はバネ下重量の軽減対策として重要視され、既に
アルミニュウム合金鋳物又は鍛造品のワン（１）・ピー
スホイール、並びにアルミニウム合金板を成形加工して
得たリムと鍛造又は鋳造によって作られたディスクとを
溶接又は緊結により接合したツー・ピース又はスリー・
ピースホイールが製造されている。

【０００３】本発明をさらに詳細に説明するに先立ち、
ツー・ピース及びスリー・ピースホイールの製造工程と
要求される特性について説明する。ツー・ピースホイー
ルは１つのリム部とディスク部とからなる。リム部の製
作法としては、帯状板を筒状に成形し、その両端を溶接
によって接合した後にロールフォーミングする方法が一
般的であり、その他に押出しパイプを成形加工する方法
もある。ディスク部は一般に鋳造又は熱間鍛造によって
製造される。この両者を溶接によって接合してディスク
ホイールとする。

【０００４】一方、スリー・ピースホイールはフロント
側及びリヤ側の２つのリム部とディスク部とから成る。
リム部はフロント側、リヤ側共に円板をスピニング加工
又はプレス加工したのち、中心部分を打ち抜いて製造さ
れ、これらをディスク部と組み合わせ、溶接又は緊結に
よって接合してディスクホイールとする。以上のように
リム部はツー・ピースホイール、スリー・ピースホイー
ル共に成形時に強度の塑性加工を受けるため、ディスク
ホイールリム用アルミニウム素材は優れた成形性を有す
ることが要求される。

【０００５】さらに自動車規格（ＪＡＳＯＣ−６０
８）に基づき、ディスクホイールには曲げモーメント
耐久性、半径方向負荷耐久性、耐衝撃性、リム部
の気密性、の各性能が定められており、優れた疲労強度
と衝撃強度が要求される。また軽合金製ディスクホイー
ルは極めてファッション性の強い製品であり、表面光沢
度に優れることは商品価値を向上させる重要な要素であ
る。加うるに腐食環境にさらされるため素材の耐食性に
優れることも要求特性の１つである。

【０００６】ディスクホイールリム用アルミニウム素材
の製造法としては従来、静止した環状鋳型を使用する連
続鋳造法、特に竪型式半連続鋳造機によってスラブを鋳
造した後、熱間圧延、冷間圧延の各圧延工程を経る方法
が一般的であった。（以下、この方法で製造される圧延
板をＤＣ板と呼ぶこととする。）従来から、自動車規格
の定める優れた品質を充分に満足する素材としては、も
っぱらＤＣ板が用いられており、その他の素材は使用さ
れていなかった。

【０００７】ＤＣ板の製造において圧延工程は不可欠で
あり、熱間圧延加工は金属組織を均一化させ、耐衝撃
性、気密性等を向上させ、一方、冷間圧延加工は、加工
歪により硬度を素材に付与し、疲労強度、曲げ強度、耐
久性等を向上させる。この様にＤＣ板は自動車部品用途
において優れたものであるが、圧延加工工程分のコスト
及び時間がかかるという欠点があった。

【０００８】他方、自動車部品用途以外の用途に用いら
れるアルミニウム合金板の製造法の１つとして、いわゆ
る直接鋳造圧延法が知られている。該製造法は、冷却さ
れた一対の回転する鋳造用ロール、走行する一対の無限
軌道状鋳型等により構成された駆動鋳型内に溶湯を供給
して、圧延を経ることなく連続的に鋳造板を製造する方
法である。直接鋳造圧延方法は、その名称中に「圧延」
なる文言が含まれているが、通常の意味での圧延工程が
なく、たとえば圧延率が２０％以上という大きな圧延処
理工程がないので、ＤＣ板と比較して大幅に経済的な方
法でもある。

【０００９】直接鋳造圧延法は、そのミクロ組織におい
て合金成分が強制固溶され易く、かつ、第２相粒子が微
細になり易いので、一般に耐衝撃性、成形性、疲労強
度、光沢性、及び耐食性の良好なアルミニウム合金板
（直接鋳造圧延板）が得られるとされている。しかしな
がら、該製造法は上述した様な優れた性質のアルミニウ
ム合金板を与える方法であるにもかかわらず、実際に
は、得られる合金板の品質は溶湯組成その他の鋳造条件
によって顕著に影響を受けるものであり、ＤＣ板と同等
の品質を得るまでには至っていなかった。また、鋳造条
件と鋳造板の品質との関係は未だ十分に解明されている
わけではない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、ディス
クホイールリム用素材として優れた合金板の製造法を見
出すべく鋭意検討を重ねた結果、直接鋳造圧延板の特性
を生かし特定の組成のアルミニウム基合金溶湯を用い
て、焼鈍処理と組合せることにより、従来の問題点を解
決し前述の如きディスクホイールリム用素材としての厳
しい要求特性に応え得る、ＤＣ板にかわる新しいリム用
素材を見い出して本発明に到達した。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は優れた品
質を有するディスクホイールリム用アルミニウム素材を
より経済的に提供することにあり、この目的は、Ｍｇ
２．０〜３．５重量％と、Ｍｎ０．０８〜０．８重量％
及びＣｒ０．０８〜０．８重量％のうち少なくとも一種
と、Ｔｉ０．００２〜０．１重量％と、Ｓｉ０．１０〜
０．２０重量％と、不純物としてのＦｅ０．２５重量％
以下、Ｃｕ０．１０重量％以下及びＺｎ０．２０重量％
以下とを含有し、残部がＡｌ及び上記以外の不可避的な
不純物からなるアルミニウム基合金溶湯から、直接鋳造
圧延法によって４〜６mmの厚さの鋳造板を、熱間及び冷
間圧延なしに鋳造し、該鋳造板に２００〜４５０℃での
焼鈍処理を施してなることを特徴とするディスクホイー
ルリム用アルミニウム素材によって容易に達成される。

【００１２】以下に、本発明のディスクホイールリム用
アルミニウム素材につきより詳細に説明する。まず本発
明で用いられるアルミニウム合金溶湯の各合金成分に付
きその添加理由を説明する。Ｍｇは、得られる合金板の
機械的強度を高める上で最も有効な作用をなす。２．０
重量％以下ではその効果が小さく、３．５重量％以上で
は成形性及び鋳造性を劣化させる。

【００１３】Ｍｎは、機械的強度を高める上で有効な作
用をなすほか、再結晶粒度を微細にして成形後の肌荒れ
を防止し、さらに表面光沢性及び耐食性を改善する効果
がある。０．０８重量％以下ではこれらの効果が小さ
く、０．８重量％以上では成形性が劣化するほか、耐食
性の改善効果が飽和する。Ｃｒは機械的強度を高める上
で有効な作用をなすほか、再結晶粒度を微細にして成形
後の肌荒れを防止し、さらに表面光沢性、耐食性及び溶
接性を改善する効果がある。０．０８重量％以下ではこ
れらの効果が小さく、０．８重量％以上ではこれらの効
果が飽和または減退する。またＭｎ及びＣｒを同時に添
加した場合にはそれぞれ単独で添加した場合に比べさら
にこれらの効果が増大する。

【００１４】Ｔｉは合金板の結晶粒を均一化かつ微細化
する上で効果がある。０．００２重量％以下ではその効
果が小さく、また０．１重量％以上ではその効果が飽和
する。Ｔｉのみの添加により上記のような効果が得られ
るが、Ｔｉと共にＢを添加すれば結晶粒微細化効果はさ
らに改善されるので、Ｔｉ量に対して２〜２０重量％の
Ｂを共存させるのが好ましい。

【００１５】さらにＳｉは、アルミニウム合金製造上不
可避的に混入することもあるが機械的強度向上の効果も
ある。０．１重量％未満でも充分であるが商業的には
０．１重量％以上含有する合金が製造上ないし入手の上
から有利である。しかし含有量が多すぎると成形性、靱
性及び耐食性を劣化させるのでその上限は０．２０重量
％とする。

【００１６】一方、合金成分中に含まれる不純物のう
ち、Ｆｅは合金板の成形性、靱性及び耐食性を劣化さ
せ、またＣｕ及びＺｎは合金板の耐食性を害するので、
Ｆｅは０．２５重量％以下、Ｃｕは０．１０重量％以
下、Ｚｎは０．２０重量％以下に抑える必要があり、好
ましくはＦｅ及びＺｎはそれぞれ０．１５重量％以下と
する。

【００１７】本発明では、上記の組成のアルミニウム基
合金溶湯から直接鋳造圧延法により熱間及び冷間圧延を
経ることなく４〜６mmの厚さの鋳造板を得る。ここでい
う熱間及び冷間圧延とは、圧延率の高いもの、すなわ
ち、金属組織の均一化や、加工歪の付与などにより素材
の品質に変化を与える程のものであって、圧延率で表示
して２０％以上のものをいう。

【００１８】本発明では、鋳造板の厚さは、４〜６mmの
厚さとすることが必要である。４〜６mmは、ディスクホ
イールリム最終製品に求められる厚さであり、薄すぎる
と充分な強度は望めず、又、厚すぎると重量増、成形困
難となり好ましくない。この鋳造板は、その後、通常の
熱間又は冷間での圧延処理等の工程を経ることはない。

【００１９】本発明においては、かくして得られた鋳造
板に焼鈍処理を施す。これにより鋳造板の成形性の改善
及び機械的強度の制御が行なわれる。焼鈍温度は２００
〜４５０℃、好ましくは２５０〜４００℃の範囲から、
鋳造板の組成に応じて選択する。温度が２００℃以下で
は成形性の改善及び機械的強度の制御の効果が認められ
ず、４５０℃以上では鋳造板の再結晶粒の粗大化をきた
し、リム加工時に梨地状の肌荒れ（いわゆるオレンジピ
ール）、割れ等の欠陥が発生し成形性が逆に劣化する。

【００２０】また、本発明では、鋳造板の板ひずみを除
去し、板厚精度及び成形性を向上させるために、圧延率
５％以下のスキンパス圧延を施すことが出来る。スキン
パス圧延とはいわゆる圧延とは異なり、例えば、鋳造板
に、圧延ロールを通してごく低い圧延率で表面を処理す
る方法である。鋳造板はその後、所定の寸法に切断さ
れ、直接リム成形加工に供される。

【００２１】スキンパス圧延と焼鈍処理との関係におい
て、両者はいずれを先に行なってもよい。スキンパス圧
延を先にする場合にはスキンパス圧延によって板厚精度
が向上し、さらに焼鈍処理によって成形性が改善され
る。焼鈍処理を先にする場合には焼鈍処理によって成形
性が改善され、さらにスキンパス圧延によって板厚精度
が向上すると共に鋳造板表面に圧縮残留応力が付加され
るので、成形性はさらに改善される。これら機械的又は
熱的処理を施された鋳造板は引き続きリム成形加工に供
される。具体的な実施方法は、鋳造機にスキンパス圧延
用ピンチロール等の付帯設備が有るか否か等の事情によ
り左右されるが、例えば次の〜のような工程の組み
合わせを採用することができる。

【００２２】鋳造→スキンパス圧延→焼鈍→切断→リム加工鋳造→スキンパス圧延→切断→焼鈍→リム加工鋳造→焼鈍→スキンパス圧延→切断→リム加工

【００２３】

【実施例】次に本発明を実施例および比較例により更に
具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り
以下の実施例によって限定されるものではない。比較例１ａ〜５ａ表１に示す組成を有するアルミニウム基合金溶湯を冷却
された一対の回転する鋳造用ロール間に供給し、鋳造速
度０．７ｍ／min にて連続的に鋳造して得られた板厚５
mmの直接鋳造圧延板について引張試験、疲労試験、衝撃
試験、曲げ試験、ミクロ組織観察、噴霧試験及び光沢度
測定を実施した。結果を表２及び表３に示す。引張試験
はＪＩＳ規格に基づく方法に従って引張強さ、０．２％
耐力及び伸びを測定した。疲労試験は平面曲げ試験によ
り１８００cpm での繰返し数10⁶回でも破壊しない応力
振幅の最大値を求めた。衝撃試験は金属材料衝撃試験方
法（ＪＩＳＺ２２４２）に則ってＪＩＳＺ２２
０２の３号試験片（幅５mm）にて実施した。曲げ試験は
金属材料曲げ試験方法（ＪＩＳＺ２２４８）に基づ
き、ＪＩＳＺ２２０４の３号試験片にて行ない、曲
げ加工後の表面状態をクラックの発生の有無によって評
価した。クラックが発生する場合には、リム加工時に割
れを生じ成形不可もしくは不良となる。すなわちこの評
価はリム加工前の各アルミニウム基合金板がリム素材と
して成形加工可能であるか否かの評価、つまりリムとし
ての基本特性の評価に相当する。ミクロ組織観察は、４
００倍の倍率で行ない、鋳造及び圧延方向の直角断面に
て１mm²の面を１０か所選び、夫々に存在する１０μ以
上の大きさの晶出物の個数を測定した。噴霧試験はＪＩ
ＳＨ８６８１を参照し、キヤス試験機（スガ試験機
（株）製ＣＡＳＳＥＲ−ＩＳＯ型）を使用し、ＪＩＳ
Ｈ８６８１に定める試験条件にて塩水を３０分間噴霧
した。試験終了後、レーティングナンバー標準図表によ
りレーティングナンバーを定めた。また光沢度はＪＩＳ
Ｚ８７４１に則り、屈折率_n=1.520の黒色ガラス鏡
面の光沢度Ｇ_S（４５°）の値を８８．８％とし、これ
を基準に、マチレスを研摩剤として両頭バフ研摩機（周
速度２００ｍ／min ）にて表面を研摩した各合金板のＧ
_S（４５°）の値を測定した。

【００２４】

【表１】

【００２５】比較例１〜９表１に示す組成を有するアルミニウム基合金溶湯を冷却
された一対の回転する鋳造用ロール間に供給し、鋳造速
度０．７ｍ／min にて連続的に鋳造して得られた板厚５
mmの直接鋳造圧延板及び竪型式半連続鋳造法によりスラ
ブを鋳造し、熱間圧延工程を経て得られた板厚５mm、Ｈ
１１２調質のＤＣ板について、比較例１ａ〜５ａと同様
の各種試験を実施した。結果を表２及び表３に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】比較例６ａ〜８ａ表１に示す組成を有する合金のうち、合金名Ｂ、Ｃ及び
Ｇの直接鋳造圧延板にスキンパス圧延を加えた後所定の
寸法に切断し、板厚分布を測定した。また密着曲げ試験
を実施し、試験後の表面状態をしらべた。その結果を表
４に示す。板厚分布は鋳造板幅１０７０mmの直接鋳造圧
延板から、板幅方向両端を３５mmづつトリミングして１
０００mm×１０００mmの板を切り出し、この板の周辺か
ら２５mmの位置を板の各辺について４ケ所、合計１６ケ
所選んで、その位置における板厚を測定した結果を示し
た。また密着曲げ試験は、比較例１ａ〜５ａのアルミニ
ウム基合金板について、スキンパス圧延及び切断を行な
った後同じ試験（ＪＩＳＺ２２４８に基づく）を行な
い曲げ加工後の表面状態を肌荒の発生の有無によって評
価した。すなわち本評価はリム加工後の加工表面の良否
の判定、つまりリムとしてより高い品質要求に応えるた
めの特性の評価に相当する。比較例９ａ〜１１ａ表１に示す組成を有する合金のうち、合金名Ｂ、Ｃ及び
Ｇの直接鋳造圧延板を所定の寸法に切断した後、比較例
６ａ〜８ａと同様の試験を行なった。その結果を表４に
示す。

【００３０】

【表５】

【００３１】実施例１〜６表１に示す組成を有する合金のうち、合金名Ｃ及びＧの
直接鋳造圧延板につき２００〜４５０℃の温度で２時間
の焼鈍を行ない、その後引張試験及び密着曲げ試験を実
施した。結果を表５に示す。比較例１０〜１３表１に示す組成を有する合金のうち、合金名Ｃ及びＧの
直接鋳造圧延板につき２００℃以下及び４５０℃以上の
温度で２時間の焼鈍を行ない、その後引張試験及び密着
曲げ試験を実施した。結果を表５に示す。

【００３２】

【表６】

【００３３】実施例７合金Ｇを用いて直接鋳造圧延板を製造した比較例４ａに
おいて、その後２５０℃で２時間焼鈍処理を行ない、更
に１．５％のスキンパス圧延を行なった。得られた圧延
板について諸物性を測定し下記の結果を得た。

【００３４】引張強さ２３．５ｋｇ／ｍｍ² ０．２％耐力１３．６ｋｇ／ｍｍ² 伸び３０％疲労試験１３．０ｋｇ／ｍｍ² 衝撃値１３．５ｋｇ・ｍ／ｃｍ² 密着曲げ試験 ◎プラス表面状態極めて
良好板厚分布４．９４±０．０２ｍｍ比較例４ａとの比較において、焼鈍処理により機械的強
度が向上すると共に密着曲げ特性が顕著に改善され、か
つスキンパス圧延により板厚分布精度が向上したことが
判る。

【００３５】

【発明の効果】本発明の鋳造板は鋳造時には合金成分が
固溶され易く、機械的強度の向上に有効に作用し、また
一部晶出した金属間化合物もその量が少なくかつ微細で
あるので、疲労強度、耐衝撃性、成形性、耐食性、表面
光沢性に極めて優れており、これらの諸特性が要求され
るディスクホイールのリム用アルミニウム素材として好
適である。本発明は、ＤＣ板と比較して大幅に圧延工程
を短縮すると共に、優れたホイールリム素材を提供する
ことができる。また４〜６mmの板厚の鋳造板を直接得る
ものであって、圧延工程（熱間圧延及び冷間圧延）を完
全に省略することができ、工業的経済的に極めて有利に
ディスクホイールリム用アルミニウム素材を製造するこ
とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｇ２．０〜３．５重量％と、Ｍｎ０．
０８〜０．８重量％及びＣｒ０．０８〜０．８重量％の
うち少なくとも一種と、Ｔｉ０．００２〜０．１重量％
と、Ｓｉ０．１０〜０．２０重量％と、不純物としての
Ｆｅ０．２５重量％以下、Ｃｕ０．１０重量％以下及び
Ｚｎ０．２０重量％以下とを含有し、残部がＡｌ及び上
記以外の不可避的な不純物からなるアルミニウム基合金
溶湯から、直接鋳造圧延法によって４〜６mmの厚さの鋳
造板を、熱間及び冷間圧延なしに鋳造し、該鋳造板に２
００〜４５０℃での焼鈍処理を施してなることを特徴と
するディスクホイールリム用アルミニウム素材。
【請求項２】鋳造板に圧延率が５％以下のスキンパス
圧延を施したことを特徴とする請求項１記載のディスク
ホイールリム用アルミニウム素材。