(57)【要約】【課題】軽量でありながら、強靱であり且つ高剛性であり、耐熱強度が高いアルミニウム合金鍛造ホイールを提供する。【解決手段】アルミ合金製鍛造ホイールは、車軸が装着されるハブ部とハブ部周縁に設けられたディスク部とディスク部周縁に設けられたリム部を備えるホイールであって、少なくともディスク部とリム部の一方又は両方が、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％を含有し、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種を、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含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金を鋳造して得たビレットを鍛造して成り、ディスク部とリム部の一方又は両方の金属組織が、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下である。【選択図】図１
2020125525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸が装着されるハブ部と該ハブ部周縁に設けられたディスク部と該ディスク部周縁に設けられたリム部を備えるホイールであって、
少なくとも前記ディスク部と前記リム部の一方又は両方が、
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％を含有し、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種を、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含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金を鋳造して得たビレットを鍛造して成り、
前記ディスク部と前記リム部の一方又は両方の金属組織が、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金鍛造ホイール。
【請求項２】
前記アルミニウム合金は、更に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％以下を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金鍛造ホイール。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、更にＢ：０．０００２〜０．０５重量％を含有することを特徴とする請求項１又は２記載のアルミニウム合金鍛造ホイール。
【請求項４】
前記ディスク部と前記リム部の一方又は両方は、１０7サイクルの回転曲げ疲れ強さが１５５ＭＰａ以上且つヤング率が７６ＧＰａ以上の強度特性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のアルミニウム合金鍛造ホイール。
【請求項５】
前記リム部は、前記ディスク部と一体の鍛造材がスピニング成形されており、
前記ディスク部及び前記リム部の金属組織が、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下であり、
前記ディスク部及び前記リム部の強度特性が、１０7サイクルの回転曲げ疲れ強さが１５５ＭＰａ以上且つヤング率が７６ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のアルミニウム合金鍛造ホイール。
【請求項６】
前記リム部が前記ディスク部に対して接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のアルミニウム合金鍛造ホイール。
【請求項７】
車軸が装着されるハブ部と該ハブ部周縁に設けられたディスク部と該ディスク部周縁に設けられたリム部を備えるホイールの製造方法であって、
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％を含有し、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種を、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含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金を鋳造して鍛造素材ビレットを形成し、
前記鍛造素材ビレットを鍛造した鍛造材から少なくとも前記ディスク部と前記リム部の一方又は両方を形成し、
前記ディスク部と前記リム部の一方又は両方の金属組織を、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下にすることを特徴とするアルミニウム合金鍛造ホイールの製造方法。
【請求項８】
前記リム部は、前記鍛造材をスピニング成形して形成されることを特徴とする請求項７に記載されたアルミニウム合金鍛造ホイールの製造方法。
【請求項９】
前記リム部を前記鍛造材から形成し、別途形成したディスク部に前記リム部を接合することを特徴とする請求項７に記載されたアルミニウム合金鍛造ホイールの製造方法。
【請求項１０】
車軸が装着されるハブ部と該ハブ部周縁に設けられたディスク部と該ディスク部周縁に設けられたリム部を備える鍛造ホイールを形成するための鋳造ビレットであって、
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％を含有し、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種を、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含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金を鋳造して得たことを特徴とする鍛造ホイール形成用鋳造ビレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金鍛造ホイール及びその製造方法、アルミニウム合金鍛造ホイールを形成するための鋳造ビレットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハブ部とディスク部とリム部が一体に形成された車両用のホイールは、アルミニウム合金製のものが一般に知られている。アルミニウム合金製ホイールの製造方法としては、低圧鋳造法、重力鋳造法、高圧鋳造法、溶湯鍛造法、熱間鍛造法があり、これらの製造方法の中で機械的性質が最も優れている製造方法が、熱間鍛造法であると言われている。
【０００３】
下記特許文献１には、車軸が装着されるハブ部と、ハブ部の周囲に位置するディスク部と、このディスク部の周囲に一体で形成されたリム部を備えた車両用ホイールにおいて、質量比でＳｉを０．９５〜１．３５％、Ｍｇを０．８〜１．２％、Ｃｕを０．２〜０．５％、Ｍｎを０．４〜０．７％、Ｆｅを０．３％以下、及びＣｒを０．０５〜０．２５％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ものが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１００１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した従来技術は、良好な機械的性質を有していながら軽量化を実現することができるアルミニウム合金鍛造ホイールを提供することができるとされている。
【０００６】
これに対して、車両用ホイールは、車両の長時間走行によって、路面の凹凸などにより繰り返し荷重がかかることから、軽量であると共に、走行中に繰り返しかかる荷重に耐えて壊れ難い強靱さが求められる。また、車両の長時間走行で安定した走行性を得るためには、荷重に対して変形し難いこと（高剛性であること）が求められる。
【０００７】
また、車両のブレーキング時には、非常に高温の熱が発生することになり、ホイールは、発熱源の近くに配置されることになるので、高温に長時間曝された場合にも高い強度特性を維持することができる耐熱強度が求められる。
【０００８】
本発明は、車両用ホイールに求められるこれらの要求に対応することを課題としており、軽量であると共に、繰り返し荷重に対する疲れ強さが高く且つ高剛性であること、また耐熱強度が高いこと、などを満たすアルミニウム合金鍛造ホイールを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
車軸が装着されるハブ部と該ハブ部周縁に設けられたディスク部と該ディスク部周縁に設けられたリム部を備えるホイールであって、少なくとも前記ディスク部と前記リム部の一方又は両方が、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％を含有し、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種を、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含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金を鋳造して得たビレットを鍛造して成り、前記ディスク部と前記リム部の一方又は両方の金属組織が、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金鍛造ホイール。
【発明の効果】
【００１０】
このような特徴を有するアルミニウム合金鍛造ホイールは、軽量であると共に疲れ強さが高く且つ高剛性であり、また、耐熱強度が高い。よって、高強度耐久性があり且つ良好な走行性が得られる車両用ホイールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールの金属組織を説明する説明図（（ａ）が本発明の実施例の金属組織であり、（ｂ）が比較例の金属組織）である。
【図２】本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールの形態例を示す説明図（（ａ）が鍛造のみで形成した例（１ピースの例）、（ｂ）がリム部をスピニング成形した例（１ピースの例）、（ｃ）がディスク部の周縁にリム部を接合した例（２ピースの例））である。
【図３】本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールの形態例を示す説明図（ディスク部がスポーク形状タイプの例）である。
【図４】鍛造素材ビレットの主な製造工程のフローを示した説明図である。
【図５】ホイールの加工工程のフローを示した説明図である。
【図６】鍛造工程を示した説明図である。
【図７】ホイール材料の比・疲れ強さ及び比・ヤング率を比較する説明図である。
【図８】実施例におけるディスク部の耐熱強度試験の結果（熱曝露時間１００ｈｒでの温度変化に対する引張強さ変化）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールは、非常に高いＳｉの含有率を有しており、鍛造後の金属組織は、共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下になっている。
【００１３】
また、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールは、金属組織における共晶Ｓｉ粒子の偏りが繰り返し荷重に対する疲れ強さに大きく影響するという新たな知見に基づき、その指標となる「Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅」に着目して、これを２０μｍ以下に特定している。
【００１４】
高い含有率でＳｉが含有されたアルミニウム合金を鋳造して得たビレットを鍛造加工した加工品は、鍛造メタルフローに沿って鋳塊α相の名残りの「Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーン」が存在する。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールの金属組織の一例を示す写真であり、図１（ｂ）は、前述した帯状ゾーンが広く残った比較例の金属組織を示す写真である。図示のＷが「Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅」を示している。
【００１５】
図１（ｂ）のように広い幅の帯状ゾーンが存在する比較例は、この帯状ゾーンが脆弱なため亀裂の伝搬を進展させ、引張強さや疲れ強さが低下する。特に、疲労強度試験（１０7サイクルの回転曲げ疲労強度試験）では早期の異常破断を引き起こすことになる。これに対して、図１（ａ）に示すように、「Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅」Ｗを全て２０μｍ以下にすることで、疲れ強さを顕著に高めることができる。図１に示す金属組織を得るためには、鍛造素材となる鋳造ビレットの凝固鍛造組織のα層及び共晶Ｓｉ粒子を微細化すること、及び十分に鍛錬成形加工することで、共晶Ｓｉ粒子を鍛造の塑性流動変形で揉み砕いて細かく均一に分散させて、前述した帯状ゾーン及び共晶Ｓｉ粒子を微細化することが重要である。
【００１６】
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールを形成するためのアルミニウム合金は、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％を含有し、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種を、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含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物としている。
【００１７】
アルミニウム合金に含有するＳｉは、一般に、耐熱性に有効な合金成分であり、高温域における熱膨張係数を低下させる作用を有する。Ｓｉは、分散強化と析出強化により材料強度を向上させるものであり、熱処理によってＭｇとの化合物であるＭｇ2Ｓｉ相を析出して材料強度を向上させ、平均粒径５μｍ以下の共晶Ｓｉ粒子の微細且つ均一な分散により、強靱な材料強度と耐熱強度を得ることができる。
【００１８】
Ｓｉの含有率は、９．０質量％未満では、共晶Ｓｉ粒子の晶出が少なく、平均粒径５μｍ以下の共晶Ｓｉ粒子の微細且つ均一な分散ができなくなり、材料強度が不足することになる。Ｓｉの含有率が１２．５質量％を超えると、粗大な（例えば１００μｍ以上）初晶Ｓｉ粒子が晶出して、鍛造成形性やスピニング成形性を阻害し、切削工具刃先の損耗や損傷が生じ易くなって切削性を阻害する。また、初晶Ｓｉ粒子の晶出箇所が応力集中による疲労破壊の核になることで疲れ強さの向上を阻害する。
【００１９】
前述したアルミニウム合金に含有するＣｕは、母相に固溶し、熱処理によってＡｌ2Ｃｕ相として析出し、材料強度を向上させると共に、１５０℃耐熱強度を向上させる。Ｃｕの含有率は、０．５質量％未満では、固溶強化及び分散強化による十分な強度向上効果が得られず、３．４質量％を超えると、粗大なＡｌ2Ｃｕ相が晶出し易くなり、鍛造成形性やスピニング成形性が低下すると共に耐食性を阻害する。
【００２０】
前述したアルミニウム合金に含有するＭｇは、前述したように、Ｍｇ2Ｓｉ相の析出で材料強度を向上させるものである。Ｍｇの含有率は、０．２質量％未満では強度向上効果が弱く、０．９質量％を超えると、伸びの低下が著しく、鍛造成形性やスピニング成形性を阻害する。
【００２１】
前述したアルミニウム合金に含有するＦｅは、Ａｌ−Ｆｅ（−Ｓｉ）系の針状金属間化合物として晶出し、高温強度を高めるものである。Ｆｅの含有率は、０．７質量％を超えると、巨大な針状晶出物が頻発し、鋳造やスピニング成形の割れを起こしたり、巨大な針状晶出物が疲労破壊の核となるなどして、悪影響が出易くなる。
【００２２】
前述したアルミニウム合金に含有するＴｉは、結晶の種‘異質核’として添加し、鍛造組織を微細化するものである。Ｔｉは、Ａｌ−Ｔｉ系又はＡｌ−Ｔｉ−Ｂ系化合物にて添加する。Ｔｉの含有率は、０．００５質量％未満では鍛造組織の微細化効果が不足し、０．１５質量％を超えると、粗大な針状化合物が晶出して、鍛造成形性やスピニング成形性が悪くなり、また粗大な針状化合物が疲労破壊の核になるなどして材料強度の向上を阻害する。
【００２３】
微細化剤として、Ｔｉと共に添加されるＢの適量含有率は、０．０００２〜０．０５重量％である。Ｂを多量に添加するとＴｉと結合して前述したように疲労破壊の核になる粗大な針状化合物を生成し易くなる。
【００２４】
前述したアルミニウム合金には、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種が添加される。これらの添加物は、適量を添加することで、共晶Ｓｉ晶出物を微細化且つ粒状化し、角を丸める機能を有する。添加量が少なすぎると微細化効果が薄くなり、添加量が多すぎると粗大な晶出物を生成して、鍛造成形性を阻害する。各添加物の適量は、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である。
【００２５】
前述したアルミニウム合金は、更に、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎを適量含有することが好ましい。適正な含有率は、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％以下である。
【００２６】
０．３質量％以下のＭｎの含有は、微細なＡｌ−Ｍｎ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ（−Ｓｉ）系の金属間化合物を晶出して、熱間鍛造時やＴ６熱処理（溶体化）時の再結晶粒の成長を抑制する。Ｍｎの含有量が０．３質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ（−Ｓｉ）系の金属間化合物を晶出し、材料強度や伸びの低下に繋がり、また疲労破壊の核となり有害である。
【００２７】
０．２質量％以下のＣｒの含有は、微細なＡｌ−Ｃｒ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｃｒ（−Ｓｉ）系の金属間化合物を晶出して、熱間鍛造時やＴ６熱処理（溶体化）時の再結晶粒の成長を抑制する。Ｃｒの含有量が０．３質量％を超えると、粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｃｒ（−Ｓｉ）系の金属間化合物を晶出し、加工性が低下すると共に、材料強度の靱性低下に繋がる。
【００２８】
０．２質量％以下のＮｉの含有は、微細なＡｌ−Ｎｉ系の金属間化合物を晶出して、耐熱強度の向上に寄与する。Ｎｉの含有量が０．２質量％を超えると、Ｎｉを含む粗大な金属間化合物を晶出して、加工性の低下に繋がる。
【００２９】
Ｚｎは、アルミスクラップなどから混入する不純物で、Ｍｇとの共存（ＭｇＺｎ2相析出）により、材料強度を向上するが、少ない方が望ましい。Ｚｎの含有量が０．４重量％を超えると、耐食性（応力腐食割れなど）劣化を引き起こす虞がある。
【００３０】
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールは、図２及び図３に示すような各種形態に適用することができる。ここに示す全ての形態例に係るホイール１は、車軸が装着されるハブ部２とハブ部２周縁に設けられたディスク部３とディスク部３周縁に設けられたリム部４を備える。図２（ａ）に示した例は、鍛造のみでホイール１を形成した例であり、図２（ｂ）に示した例は、ホイール１のリム部４がスピニング成形されている例である。図２（ａ），（ｂ）に示した例は、いずれもハブ部２とディスク部３とリム部４が一体成形（１ピース）されている。
【００３１】
図２（ｃ）に示した例は、ハブ部２とディスク部３が一体成形され、ディスク部３の周縁の接合箇所Ｃに別途形成されたリム部４が接合されている例である。図２（ｃ）に示した例は、２ピースの部材を接合した例である。また、図３に示した例は、ディスク部２をスポーク形状３０にした例である。
【００３２】
本発明の実施形態におけるアルミニウム合金鍛造ホイールは、前述した形態例の全てを含み、少なくともディスク部３とリム部４の一方又は両方が、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％を含有し、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｎａのいずれか一種を、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含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金を鋳造して得たビレットを鍛造して成り、その金属組織が、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下になっている。
【００３３】
図２（ｃ）に示した形態は、例えば、前述したアルミニウム合金にて形成される鍛造素材ビレットを鍛造して前述した金属組織の鍛造材を形成し、この鍛造材をスピニング成形してリム部４を形成し、鍛造材からリム部４を分離して、分離したリム部４を、別途形成したハブ部２とディスク部３の一体品におけるディスク部３周縁に接合している。
【００３４】
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鍛造ホイールの製造方法の一例を図４〜図６にて説明する。ここでは、図２（ｂ）に示したホイール１の製造工程を例にして説明する。
【００３５】
図２（ｂ）に示したホイール１の製造では、先ず、前述したアルミニウム合金の鍛造素材ビレットを形成する。図４は、鍛造素材ビレットの主な製造工程のフローを示している。
【００３６】
図４に示すように、鍛造素材ビレットは、アルミ地金などの原材料溶解する溶解工程（Ｓ０１）、生成された溶湯の化学成分を調整する化学成分調整工程（Ｓ０２）、溶湯の清浄化処理を行う精錬工程（Ｓ０３）、鋳造工程（Ｓ０４）、ホモ処理工程（Ｓ０５）、ピーリング工程（Ｓ０６）、切断工程（Ｓ０７）などにより形成される。
【００３７】
溶解工程（Ｓ０１）では、原材料を例えば７００℃以上で加熱して溶湯を生成する。生成された溶湯には、添加金属が添加され、所望の化学成分に調整される（Ｓ０２）。主金属Ａｌに添加される添加金属は、前述したＳｉ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｓｒなどであり、発光分光分析によって成分分析がなされ、成分が、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％、残部がＡｌ及び不可避不純物となるように調整がなされる（Ｓ０２）。
【００３８】
精錬工程（Ｓ０３）では、例えば、脱ガス処理がなされ、水素ガス含有量が０．３５ｃｃ／１００ｇＡｌ以下に調整される。また、ここでは、必要に応じて、非金属介在物の除去処理などが行われる。
【００３９】
鋳造工程（Ｓ０４）では、成分調整された溶湯により、連続鋳造法或いは半連続鋳造法を用いてビレットを鋳造する。
【００４０】
ホモ処理工程（Ｓ０５）は、鋳造工程（Ｓ０４）で得た鋳造ビレットを加熱し、金属組織を安定化させる工程である。ホモ処理工程（Ｓ０５）においては、鋳造ビレットが所定の温度で所定時間（１．５〜１２時間）加熱されることにより、鋳造凝固歪みが除去され、金属組織が均質化される。
【００４１】
ホモ処理工程（Ｓ０５）における処理温度は、４７０〜５２０℃であることが好ましい。処理温度が４７０℃未満であると、処理温度が上記範囲内にある場合と比較して、金属組織の均質化及び溶質原子の溶け込みが不十分となり、処理温度が５２０℃を超えると、部分的融解（バーニング）を引き起こす虞がある。
【００４２】
ホモ処理が施された鋳造ビレットは、ピーリング工程（Ｓ０６）にて、鋳造ビレットの鋳肌表面の不健全部が削り除去され、切断工程（Ｓ０７）では、鋳造ビレットが所定の鍛造素材重量になるように切断される。これにより、鍛造素材ビレットが形成される。
【００４３】
図５は、鍛造素材ビレットを鍛造するホイール加工工程のフローを示している。熱間鍛造工程（Ｓ１１）では、形成された鍛造素材ビレットを鍛造により、所定のホイール形状に成形する。ここでは、図６に示すように、上金型Ｆ１と下金型Ｆ２の間に加温した円柱状の鍛造素材ビレットＷを挟み、加温条件下でブレス鍛造することで、鍛造材Ｔ１を得る。このときの加温条件は、鍛造素材ビレットＷの温度が４００〜５２０℃、より好ましくは、４５０〜４９０℃となるようにする。
【００４４】
温間スピニング工程（Ｓ１２）では、鍛造材Ｔ１を１００〜４００℃に加熱した状態でスピニング成形することでホイール１のリム部４を成形する。スピニング成形は、鍛造材Ｔ１を回転させながら側面を押圧する回転自在な押圧ローラーを備えており、押圧ローラーを材料の回転軸に対して平行に移動させながら鍛造材Ｔ１延展加工する。延展する際に塑性加工が生じ鍛錬効果があり、金属組織の微細化が行われるので材料強度が向上する。温間スピニング工程（Ｓ１２）により、リム部４の再結晶化が防止される。温間スピニング工程（Ｓ１２）の後には、内部歪みを除去するために熱処理工程（Ｓ１３）が施される。
【００４５】
熱処理工程（Ｓ１３）では、溶体化処理、焼き入れ、時効処理が施される。溶体化処理は、材料を融点直下の温度に加熱し、溶質原子（Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｕ）を溶かし込み母相に固溶する。ここでは、鍛造材Ｔ１を温間スピニング成形した加工体を４８０〜５４０℃以下で０．５〜５時間加熱する。
【００４６】
焼き入れは、溶体化処理した加工体を強制的に水冷する。焼き入れ水の温度は６０℃以下の温水焼き入れが好ましい。焼き入れを経ることで、加工体は、溶質原子のＳｉ，Ｍｇ，Ｃｕの固溶状態が常温まで持ち越される。時効処理は、焼き入れした加工体を１６０〜２１０℃で２〜１０時間処理する。これらの熱処理で、微細なＭｇ2Ｓｉ相、Ａｌ2Ｃｕ相が均一分散して析出され、加工体の金属組織が強化される。
【００４７】
機械加工工程（Ｓ１４）は、熱処理を施された加工体に対して、機械加工を施して、ハブ部２、ディスク部３、リム部４を形成する。機械加工工程（Ｓ１４）では、旋盤による旋削加工及びマシニングセンターによるミーリング（転削）加工が施される。旋削加工では、図３に示す例ように、円盤状のハブ部２とハブ部２に周縁に設けられたディスク部３とディスク部３の周縁に設けられたリム部４から成るホイール１略全体を旋盤等で削る仕上げ加工が施され、ホイール１の外郭形状が整えられる。ミーニング加工では、ハブ部２とハブ部２から放射状に延びるディスク部３のスポーク形状３０をエンドミル等の回転工具で削る仕上げ加工が施され、ハブ部２及びディスク部３が所定の形状に形成される。機械工工程（Ｓ１４）では、更に、凹凸等の模様を表面に形成してデザイン性を高めたり、ホイール１に空部を設けて更に軽量化を図ったりすることができる。
【００４８】
表面処理工程（Ｓ１５）では、機械加工された加工体に対して、表面全体の切削工具跡段差、切削加工バリ等を除去すると共に、角部にはＲ部面取りを行い、その後は、必要に応じて、化学的表面処理、鍍金、塗装等を行う。
【００４９】
［実施例］
以下、本発明のアルミニウム合金鍛造ホイールの実施例を説明する。表１は、各実施例と比較例のアルミニウム合金の化学成分を示している。表における数値は質量％であり、化学成分の「Ａｌ」にはＡｌと不可避不純物が含まれる（「Ｒｅｍ．」は質量％の残部を示している。）。ここでの実施例１〜８は、表１に示した化学成分のアルミニウム合金を鋳造して得た鍛造素材ビレットを鍛造加工して、図１（ａ）に示すようなＳｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下である金属組織を実現した例である。そして、比較例は、表１に示した化学成分のアルミニウム合金を鋳造して得た鍛造素材ビレットを鍛造加工したものであるが、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ粒子径が平均６．４μｍであり、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンが広い幅を有している。
【００５０】
【表１】
2020125525.tif 000003
【００５１】
表２は、表１に示した各実施例及び比較例の疲れ強さとヤング率と共晶Ｓｉの平均粒子径を示している。ここでの疲れ強さは、「JIS Z 2274 金属材料の回転曲げ疲れ試験方法」に基づく繰り返し数１０7サイクルの時間強さである。ここでのヤング率は、超音波パルス法による常温弾性率測定値である。
【００５２】
表２における実施例１と実施例２と比較例は、図２（ａ）に示した形態（鍛造のみでホイールを形成）のホイール１におけるディスク３において、疲れ強さとヤング率と共晶Ｓｉの平均粒子径を測定している。また、表２における実施例３〜実施例８は、図３に示した形態のホイール１におけるスポーク形状３０のディスク部とリム部４において、疲れ強さとヤング率と共晶Ｓｉの平均粒子径を測定している。
【００５３】
【表２】
2020125525.tif 000004
【００５４】
表２から明らかなように、Ｓｉ粒子が疎らな帯状ゾーンの幅が２０μｍ以下であり、且つ共晶Ｓｉの平均粒径が５μｍ以下である金属組織を有する実施例１〜８は、ディスク部又はリム部において、疲れ強さが１５５ＭＰａ以上であり、且つヤング率が７６ＧＰａ以上になっている。これは、疲労強度試験にて１３０ＭＰａ程度で早期破断してしまう比較例と比べて高強度耐久性を有していると言える。そして、特に、実施例３〜８においては、スポーク形状３０を有するホール１において、高強度耐久性と高剛性が得られることが示されている。
【００５５】
図７は、実施例１〜８における疲れ強さとヤング率を、比較例及び一般的な鍛造ホイール材料と比較した図である。ここでは、同じ重さ当たりで疲れ強さとヤング率を比較するために、縦軸に比・疲労強度（＝疲れ強さ÷密度）をとり、横軸に比・ヤング率（＝ヤング率÷密度）をとった座標に、各材料の値をプロットしている。一般的な鍛造ホイールのアルミニウム合金材料としては、ＡＣ４ＣＨとＡ６０６１を例示している。
【００５６】
図７に示した座標においては、同じ重さ当たりに換算した比較で、より右側にプロットされるほど、高剛性の材料（即ち、変形し難く、堅い材料）であると言え、より上側にプロットされるほど、強靱な材料（繰り返し荷重に対して壊れ難い材料）であると言える。実施例１〜８のホイールは、比較例やＡＣ４ＣＨ、Ａ６０６１による鍛造ホイールと比較して格段に剛性が高く且つ強靱であると言える。このように本発明の実施例に係るホイールは、軽量でありながら、強靱であり且つ高剛性な強度特性を有している。
【００５７】
また、図８は、実施例２におけるディスク部の耐熱強度試験の結果（熱曝露時間１００ｈｒでの温度変化に対する引張強さ変化）を示している。この例と同様に、実施例１〜８のホイールは、耐熱強度試験において、１５０℃の高温下に１００時間曝した場合にも、引張強度の低下率が２割程度に抑えられることが確認できた。よって、実施例１〜８におけるホイールは、高い耐熱強度を有している。
【符号の説明】
【００５８】
１：ホイール，２：ハブ部，３：ディスク部，
４：リム部，３０：スポーク形状，Ｃ：接合箇所
【図１】
2020125525.tif 000005
【図２】
2020125525.tif 000006
【図３】
2020125525.tif 000007
【図４】
2020125525.tif 000008
【図５】
2020125525.tif 000009
【図６】
2020125525.tif 000010
【図７】
2020125525.tif 000011
【図８】
2020125525.tif 000012