(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金板を突き合わせ抵抗溶接した後に、成形加工を行ない、ついで表面処理として研磨処理を行なった後にアルマイト処理を施すアルミニウム製ホイールリムの製造方法であって、
素材として、重量％においてＭｇを２．５〜４．０％、Ｃｕを０．０５〜０．２％、Ｔｉを０．００２〜０．０１５％、Ｂを０．０００２〜０．０４％それぞれ含有し、かつ不純物として含有するＦｅ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを、それぞれＦｅが０．１％以下、Ｓｉが０．１％以下、（Ｍｎ＋Ｃｒ）が０．０３％以下となるように規制し、残部がＡｌからなる帯状のアルミニウム合金板を用い、
上記アルミニウム合金板の両端部を突き合わせ抵抗溶接した後、少なくとも上記突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分を４００〜５５０℃の範囲の温度に加熱して再結晶させ、ついで上記４００℃以上に加熱された部分を、４００℃から１００℃以下の温度になるまでの平均冷却速度が５０℃／分以上である冷却速度で冷却することを特徴とするアルミニウム製ホイールリムの製造方法。
【請求項２】
上記加熱処理を、上記突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分に対して行ない、かつ上記加熱部分の周囲における最高到達温度が４００℃未満の部分において、１００〜４００℃に保持される時間を１０分以下にしたことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム製ホイールリムの製造方法。
【請求項３】
上記加熱処理を、上記突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分に対して行ない、かつ当該部分を４５０〜５５０℃の範囲の温度に３０秒以下の時間加熱することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム製ホイールリムの製造方法。
【請求項４】
上記加熱処理を、上記突き合わせ抵抗溶接後であって、かつ上記成形加工前に行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム製ホイールリムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アルマイト処理を施した美観に優れるアルミニウム製ホイールリムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アルミニウム合金板から製造したホイールリムは、仕上げ工程でバフ研磨、化学研磨、電解研磨などを施し、さらにアルマイト処理を施すことにより、光沢が極めて優れ、かつ耐食性に優れるとともに軽量であることから、２ピースホイール等におけるホイールリムとして好適に用いられている。特に、上記アルミニウム合金板として、不純物のＦｅ量などを規制した光輝合金を用いることにより、一層光輝感の高いホイールリムが得られることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２ピースホイール用等のアルミニウム製ホイールリムにあっては、アルミニウム合金板の両端部を、フラッシュバット溶接等の突き合わせ抵抗溶接により接合し、得られた素管を成形することにより製造されるため、線状の突き合わせ抵抗溶接部（以下、溶接線と略称する。）がホイールとして組立られた状態で外側から目立つ位置に露出することになる。そしてこの溶接線は、適当な条件でバフ研磨すると、一旦は外観上ほとんど判らなくなるが、さらに全体の光輝性を高めるために化学研磨や電解研磨を行なってアルマイト処理を施すと、再び目立つようになり、美観を害するという問題があった。
【０００４】
ここで、バフ研磨により、溶接線が判らなくなっても、化学研磨や電解研磨すると、外観上溶接線が見えるようになり、さらにアルマイト処理を施すと溶接線が目立つようになるのは、溶接線近傍の組織と母材の組織が異なるため、研磨やアルマイト処理時の反応性が異なるためと考えられている。ところが、上記溶接線近傍とその他の部位との材料組織をまったく同一にすることは、コスト的制約から実用上不可能である。
【０００５】
そこで、本発明者等は、アルマイト処理後においても、上記溶接線が外観上全体の美観を損うことのないアルミニウム製ホイールリムの製造方法を開発すべく種々研究を行なった結果、突き合わせ抵抗溶接した後に、溶接線近傍を加熱処理して結晶粒を再結晶させほぼ等軸の組織とすることにより、アルマイト処理後における上記溶接線の目立ち易さが、大幅に低減化することを見出した。
【０００６】
ところが、同時にこのような熱処理を行なうと、溶接線の目立ちやすさは緩和されるものの、ホイールリム全体の光輝性が低下する場合があることが判った。そしてさらに、このような光輝性が低下する原因について種々試行を重ねた結果、上記溶接線近傍を加熱処理する際に、アルミニウム合金板を１００〜４００℃の温度域に長時間保持すると、光輝性が低下することが判明した。
【０００７】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、上記溶接線がアルマイト処理すると目立ち易くなるという問題を解決し、光輝性が高く、美観に優れ、耐食性に優れた軽量のアルミニウム製ホイールリムの製造方法を提供することを、その目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のアルミニウム製ホイールリムの製造方法は、素材として、重量％においてＭｇを２．５〜４．０％，Ｃｕを０．０５〜０．２％，Ｔｉを０．００２〜０．０１５％，Ｂを０．０００２〜０．０４％それぞれ含有し、不純物として含有するＦｅ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを、それぞれＦｅが０．１％以下、Ｓｉが０．１％以下、（Ｍｎ＋Ｃｒ）が０．０３％以下となるように規制し、残部がＡｌからなる帯状のアルミニウム合金板を用い、上記アルミニウム合金板の両端部を突き合わせ抵抗溶接した後、少なくとも上記突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分を４００〜５５０℃の範囲の温度に加熱して再結晶させ、ついで上記４００℃以上に加熱された部分を、４００℃から１００℃以下の温度になるまでの平均冷却速度が５０℃／分以上である冷却速度で冷却することを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、上記加熱処理を突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分に対して行ない、かつ当該加熱部分の周囲における最高到達温度が４００℃未満の部分において、１００〜４００℃の温度範囲に保持される時間を１０分以下にしたものである。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、上記加熱処理を突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分に対して行ない、かつ当該部分を４５０〜５５０℃に３０秒以下の時間加熱することを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、これらの加熱処理を突き合わせ抵抗溶接後であって、かつ成形加工前に行なうものである。
【００１２】
ここで、素材であるアルミニウム合金板の組成限定の理由について以下に説明する。
Ｍｇ：強度を高めるために添加される元素であって、２．５％未満では強度が不足する。一方４％を越えると、耐食性が低下して不適当である。
Ｃｕ：光輝性を高めるために添加されるが、０．０５％未満では上記効果が得られず、一方０．２％を越えるとかえって光輝性が低下する。
Ｔｉ，Ｂ：これらは鋳造組織を微細にする目的で添加するが、それぞれ上記下限に満たないと効果が得られず、一方上限を越えると光輝性を低下させる。
Ｆｅ，Ｓｉ：これらは通常のアルミニウム地金中に最も多く含まれる不可避不純物であり、また溶解・鋳造設備の耐火物や構造材として用いられる材料中に多く含まれるため溶解中に混入し易い元素である。しかしながら、光輝性を害するのでそれぞれ０．１％以下に規制する。
Ｍｎ，Ｃｒ：これらは多くのアルミニウム合金の添加元素として用いられる元素であり、溶解炉などに残った残湯などから混入しやすい元素である。しかしながら、これらの元素は光輝性を害するので、それぞれ総量で０．０３％以下に規制する。なお、同様の理由で規制すべき元素としては、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｉなどが考えられるが、Ｍｎ，Ｃｒに比べて少ない合金にしか用いられていないので、混入する危険性が少ない。
【００１３】
次に、加熱温度に関する限定理由について説明する。
溶接線近傍の結晶粒組織は図２に示すように、層状の熱間加工組織となっている。これに対して、溶接後、溶接線近傍または素管全体を約３００℃以上の温度で加熱処理することにより、図１に示すように再結晶させることが出来る。
【００１４】
そこで、まず溶接部を目立ちにくくするための加熱条件としては、溶接線近傍の熱間加工組織が再結晶し、結晶粒径が母材の結晶粒径とほぼ等しくなる条件が好ましい。この場合に、加熱温度が４００℃以下では、溶接部が再結晶するに充分な時間加熱を行なうと、ホイールリム全体の光輝性が低下するため、加熱温度は４００℃以上とした。これに対して、上記加熱温度が高すぎたり、加熱時間が長すぎると、溶接部や母材の結晶粒径が大きくなり過ぎるため、強度が低下したり、加熱後成形する場合に肌荒れが生じやすくなる等の理由から好ましくない。加えて、加熱温度が高い場合ほど結晶粒の粗大化速度は大きくなるため、最適な加熱時間が短くなる。このため、加熱速度が高い場合には粗大化を防止するため、急熱急冷する必要があり、この結果熱応力により溶接部にクラックが発生したり、素管が変形したりし易くなる。以上のことから、上記加熱温度は、５５０℃以下とした。
【００１５】
次に、冷却速度について説明すると、上記加熱温度が４００℃以上の場合においても、４００〜１００℃の間の冷却速度が遅いとホイール全体の光輝性が低下するため、この温度範囲の平均冷却速度を５０℃／分以上とする必要がある。
【００１６】
また、必ずしも素管全体を加熱する必要はなく、最小限外観上問題となる、ホールリムのアウター側に露出する溶接線近傍のみを上記範囲に加熱することでも目的は達成される。ところが、この際に溶接線近傍以外の領域も加熱された部分からの熱伝導により加熱される。この場合、上記加熱部分の周囲において１００〜４００℃の温度範囲に加熱される時間が１０分を越えるとその部分の光輝性が低下するので好ましくない。したがって、一般的には、上記加熱部分の周囲をファンにより空冷するなどして、上記時間内に１００℃以下となるように冷却を促進する必要がある。
【００１７】
これに対して、請求項３に示したように、溶接線近傍のみを加熱温度を４５０℃以上に３０秒以下の時間加熱することにより、熱伝導により加熱部周囲の温度の上昇が防止されるため、特にその周囲を冷却することなく上述した条件を満足することができる。ちなみに、後述するブロック加熱により加熱温度範囲の上限近い５４０〜５５０℃に溶接線近傍を３０秒間加熱した場合、加熱中心部より１００ｍｍ離れた位置の最高到達温度は１５０℃程度であり、かつ上記加熱後約１０分以内で、自然放熱により加熱中心部分の温度が１００℃以下になるため、ホイールリム全体の光輝性を低下させるおそれがない。
また、上記加熱温度が４５０℃未満であると、再結晶させるためには３０秒以上の長い時間保持しておく必要があるために、溶接線近傍のみから入熱しても、熱伝導によりホイールリム全体が加熱されてしまい、この結果ホイールリム全体の光輝性を低下させないためには、ファン空冷などにより冷却しなければならない等、他の強制的な冷却手段を必要とすることになってしまう。
【００１８】
さらに、少なくとも溶接線近傍に対する上記加熱処理は、突き合わせ抵抗溶接後、表面処理を行なうまでの間に行なえば良い。しかしながら、突き合わせ抵抗溶接がなされ、さらに成形加工された後の素材を加熱する場合には、成形加工によって加えられた歪みが加熱により除去されるため、ホイールリムの強度が低下してしまう。また、成形歪みが小さい部位や、成形歪み勾配を有する部位において結晶粒の異常成長が生じやすい。したがって、上記加熱処理は、溶接後成形加工前に行なうことが好ましい。
【００１９】
なお、本発明によれば、素材として充分焼鈍されていない硬質材を用いることも可能である。この場合、溶接後成形する前に素管全体を加熱し、溶接近傍部とともに母材も再結晶させて成形性を向上させる必要がある。
【００２０】
【実施例】
アルミニウム合金板素材としては、表１に組成を示す板厚５．０ｍｍのアルミニウム合金板のＯ材またはＨ材を用いた。ちなみに、同表中Ｎｏ．２の組成の素材は、Ｍｎ＋Ｃｒの含有量において本発明の組成限定を外れるものである。
表１
0003543842.tif 000002
【００２１】
次に、本発明に係る実施例１〜１３として、表１のＮｏ．１の素材からなるアルミニウム合金板の両端部を、突き合わせ抵抗溶接で溶接して素管とし、バリを削除した後、図３に示す条件で溶接線近傍または素管を加熱処理した。ここで、加熱方法の欄に示すソルトバスおよび空気炉加熱では、素管全体を炉中に挿入して加熱した。また、ブロック加熱では、加熱温度に示す温度よりも５０〜１５０℃高温に加熱した銅製ブロックを素管の溶接部に加圧して接触させ加熱した。さらに、バーナー加熱では、ラインバーナーを用いて溶接部を加熱した。表中の加熱温度は、最高到達温度を示す。
同図中に示す時間は、最高到達温度が４００℃以上の場合は４００℃以上に加熱されていた時間を示し、最高到達温度が４００℃以下の場合は加熱温度に保持されていた時間を示す。
なお、上記加熱処理において素管全体を加熱し、かつファン空冷を行なった場合、４００℃〜１００℃に冷却されるまでに約５分（平均冷却速度６０℃／分）を要した。また、同様に素管全体を加熱し、放冷した場合には約２０分（平均冷却速度１５℃／分）を要した。
【００２２】
次に、得られたホイールリムを成形し、成形後リムの各部を観察し、肌荒れの発生がないかどうかを調べた。そして、Ｏ材を素材として用い、加熱処理なしで成形した場合と比較して同等の肌荒れの場合を○、肌荒れが大きくなった場合を×とした。
その後、アウターリムディスク側表面をバフ研磨し、次いで連続アルマイト処理ラインで化学研磨・アルマイト処理を施した。そして、アルマイト処理後溶接部の外観を調べ、Ｏ材を素材として用い、加熱処理なしで製造した場合に比べて溶接部の目立ちやすさが低下した場合を○、ほとんど改善効果が認められない場合を×とした。さらに、溶接部を切り取って断面組織を調べ、溶接部近傍が再結晶しているかどうかを調べた。また、成形したホイールリムと同一条件で加熱した素管の非溶接部を切り取って平にしたサンプルを用い、アルマイト処理して色差計でＬ＊値を計った。Ｌ＊値が小さいほど光輝性に優れる。
【００２３】
他方、比較例２１〜２８として、上記実施例と同様にして、図４に示す各加熱条件のもとで突き合わせ抵抗溶接後の素管の加熱処理を行なった。
【００２４】
図４に示すように、加熱温度が本発明よりも低い比較例２１〜２３では、いずれもＬ＊値が２９以上と高く、光輝性が低いことが判る。
また、加熱温度が本発明よりも高い比較例２４および２５では、比較例２４に見られるように、ファン空冷では結晶粒が粗大になり、肌荒れが発生した。ところが、上記肌荒れを防ぐために、放熱後水冷するなどして急冷すると、比較例２５に見られるように歪みが発生し、矯正しないと成形できなかった。
さらに、比較例２６および２７では、加熱時間が短過ぎて溶接部が再結晶しておらず、よってアルマイト後の溶接部の目立ちやすさが低下していない。加えて、本発明と合金組成が異なる素材を用いた比較例２８では、Ｌ＊が高くなってしまっている。
【００２５】
これに対して、図３に示すように、本発明の実施例１〜１３では、いずれも溶接部が目立ち難くなっており、Ｌ＊値が２７．５未満と低く光輝性に優れることが判る。
しかし、比較例１４〜２０では、冷却速度が遅いため２７．５以上のＬ＊が得られ、実施例に比べて光輝性が低くなっている。
特に、上記実施例１〜３は、請求項３の構成要件を満足しており、よって加熱処理後にファン空冷などを行わなくても、すぐれた光輝性を得ることができる。なお、実施例１〜３のうち加熱温度の最も高かった実施例３の場合についてみると、加熱温度５００℃に対して、加熱中心部より１００ｍｍ離れた位置の最高到達温度は１００℃であり、放冷によって加熱中心部分が４００℃〜１００℃まで冷却された時間は、約３分であった。
ちなみに、実施例２と比較例１４とを比較すると、いずれも最高到達温度４７５℃まで加熱しているが、実施例２の加熱に用いた銅製ブロックの温度が実施例１４の加熱に用いたものより高かったために、加熱部分が４００℃以上に保持された時間がより短くなっており、この結果素管全体の温度が実施例１４の場合より低くなり、加熱部より離れた部位が１００〜４００℃の間に保持された時間がより短くなって、Ｌ＊が一層低くなっている。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のアルミニウム製ホイールリムの製造方法は、素材として、重量％においてＭｇを２．５〜４．０％，Ｃｕを０．０５〜０．２％，Ｔｉを０．００２〜０．０１５％，Ｂを０．０００２〜０．０４％それぞれ含有し、不純物として含有するＦｅ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒを、それぞれＦｅが０．１％以下、Ｓｉが０．１以下、（Ｍｎ＋Ｃｒ）が０．０３％以下となるように規制し、残部がＡｌからなる帯状のアルミニウム合金板を用い、上記アルミニウム合金板の両端部を突き合わせ抵抗溶接した後、少なくとも上記突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分を４００〜５５０℃の範囲の温度に加熱して再結晶させ、ついで上記４００℃以上に加熱された部分を、４００℃から１００℃以下の温度になるまでの平均冷却速度が５０℃／分以上である冷却速度で冷却しており、加えて上記加熱処理を突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分に対して行ない、かつ当該加熱部分の周囲における最高到達温度が４００℃未満の部分において、１００〜４００℃に保持される時間を１０分以下にするか、あるいは上記加熱処理を突き合わせ抵抗溶接線に沿った部分を４５０〜５５０℃に３０秒以下の時間加熱しているので、溶接線がアルマイト処理すると目立ち易くなるという問題を解決して、光輝性が高く、美観に優れ、しかも耐食性に優れた軽量のアルミニウム製ホイールリムを、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に係るアルミニウム製ホイールリムの加熱処理後における溶接線近傍の結晶粒組織を示す図である。
【図２】上記アルミニウム製ホイールリムの加熱処理前における溶接線近傍の結晶粒組織を示す図である。
【図３】本発明の製造方法の実施例を示す表である。
【図４】本発明の製造方法の比較例を示す表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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