(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法であって、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する導電率測定工程と、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さを測定する硬さ測定工程と、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さの変化量と、を変数とした関係式に基づくＤ値を算出するＤ値算出工程と、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値及び熱曝露時間と、予め求めておいた前記析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金のＤ値及び熱曝露時間と、を比較して、前記析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する熱曝露温度推定工程と、
を備えることを特徴とする析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法であって、
前記導電率測定工程は、渦電流式導電率測定法で測定することを特徴とする析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法であって、
前記硬さ測定工程は、ビッカース硬さ測定法、ロックウエル硬さ測定法、ブリネル硬さ測定法またはヌープ硬さ測定法で測定することを特徴とする析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法。
【請求項４】
熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置であって、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する導電率測定手段と、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さを測定する硬さ測定手段と、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さの変化量と、を変数とした関係式に基づくＤ値を算出するＤ値算出手段と、
前記析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値及び熱曝露時間と、予め求めておいた前記析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金のＤ値及び熱曝露時間と、を比較して、前記析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する熱曝露温度推定手段と、
を備えることを特徴とする析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法及び熱履歴推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機、圧縮機等の運転温度の上昇により、析出硬化型アルミニウム合金で形成されたインペラ等の析出硬化型アルミニウム合金部材における使用環境は、材料の能力の限界に近付いている。析出硬化型アルミニウム合金部材の信頼性向上のために、高い精度での寿命設計が求められている。析出硬化型アルミニウム合金部材の寿命設計を高い精度で行うために、実環境での熱曝露温度をより正確に把握する必要がある。
【０００３】
従来、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度については、析出硬化型アルミニウム合金部材の周りの雰囲気温度を測定して推定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように析出硬化型アルミニウム合金部材の周りの雰囲気温度を測定して熱曝露温度を推定する方法では、析出硬化型アルミニウム合金部材から直接情報を得ていないので、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を精度よく推定できない可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度をより精度よく推定することが可能な析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法及び熱履歴推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法は、熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法であって、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する導電率測定工程と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、予め求めておいた前記析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、を比較して、前記析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する熱曝露温度推定工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法において、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さを測定する硬さ測定工程と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さの変化量と、を変数とした関係式に基づくＤ値を算出するＤ値算出工程と、を備え、前記熱曝露温度推定工程は、前記析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値及び熱曝露時間と、予め求めておいた前記析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金のＤ値及び熱曝露時間と、を比較して、前記析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法において、前記導電率測定工程は、渦電流式導電率測定法で測定することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法において、前記硬さ測定工程は、ビッカース硬さ測定法、ロックウエル硬さ測定法、ブリネル硬さ測定法またはヌープ硬さ測定法で測定することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置は、熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置であって、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する導電率測定手段と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、予め求めておいた前記析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、を比較して、前記析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する熱曝露温度推定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置において、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さを測定する硬さ測定手段と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量と、前記析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さの変化量と、を変数とした関係式に基づくＤ値を算出するＤ値算出手段と、を備え、前記熱曝露温度推定手段は、前記析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値及び熱曝露時間と、予め求めておいた前記析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金のＤ値及び熱曝露時間と、を比較して、前記析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成によれば、熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率の変化に基づいて熱曝露温度を推定しているので、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度をより精度よく推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態において、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第一実施形態において、析出硬化型アルミニウム合金部材における導電率と熱曝露時間との関係を示すモデル図である。
【図３】本発明の第一実施形態において、熱曝露温度の推定方法を示すモデル図である。
【図４】本発明の第一実施形態において、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第二実施形態において、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第二実施形態において、析出硬化型アルミニウム合金部材における硬さと熱曝露時間との関係を示すモデル図である。
【図７】本発明の第二実施形態において、Ｄ値と、熱曝露時間と、熱曝露温度との関係を示すモデル図である。
【図８】本発明の第二実施形態において、熱曝露温度の推定方法を示すモデル図である。
【図９】本発明の第二実施形態において、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例１において、マスター曲線を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２において、熱曝露前後の硬さの変化量と、熱曝露時間と、熱曝露温度との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例２において、マスター曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法を示すフローチャートである。析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法は、導電率測定工程（Ｓ１０）と、熱曝露温度推定工程（Ｓ１２）と、を備えている。
【００１７】
析出硬化型アルミニウム合金部材は、例えば、船舶用過給機、発電機、車両用過給機に用いられるコンプレッサインペラ等の展伸部材や鋳造部材である。このような析出硬化型アルミニウム合金部材は、例えば、過給機等の装置の運転中に、約１００℃から約２００℃で熱曝露されている。
【００１８】
析出硬化型アルミニウム合金部材は、ＪＩＳ規格等の析出硬化型アルミニウム合金で形成されている。析出硬化型アルミニウム合金は、溶体化処理した後に時効処理することにより、析出物を析出させて強化させたアルミニウム合金である。析出硬化型アルミニウム合金部材は、例えば、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金等（２０００系、６０００系、７０００系、ＡＣ１Ｂ、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ等）で形成されている。
【００１９】
導電率測定工程（Ｓ１０）は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する工程である。析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、主に、析出硬化型アルミニウム合金におけるＡｌ母相中の溶質元素の固溶量に影響される。析出硬化型アルミニウム合金部材が熱曝露されると、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素が析出物として析出し、Ａｌ母相中の溶質元素の固溶量が低下することにより、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率が変化する。このことから、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化により、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露の影響を評価することができる。
【００２０】
図２は、析出硬化型アルミニウム合金部材における導電率と熱曝露時間との関係を示すモデル図である。図２では、横軸に熱曝露時間を取り、縦軸に導電率を取り、導電率の変化を実線で示している。また、熱曝露温度Ｔ１は、熱曝露温度Ｔ２より高温であることを示している。
【００２１】
析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、熱曝露開始から熱曝露時間の経過とともに大きくなる傾向がある。また、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、熱曝露時間が同じである場合には、熱曝露温度が高いほど大きくなる傾向がある。
【００２２】
析出硬化型アルミニウム合金部材は、溶体化処理後の時効処理により、準安定相からなる析出物を析出させて強化させている。析出硬化型アルミニウム合金部材は、熱曝露されると、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素が析出し、準安定相が増えるとともに準安定相の形態が変化し、最終的に安定相が形成される。熱曝露により、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素が析出すると、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素の固溶量が低下するので、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率が大きくなる傾向がある。また、熱曝露温度が高くなると、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素の析出が促進されるので、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素の固溶量の低下がより大きくなり、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率がより大きくなる傾向がある。
【００２３】
例えば、析出硬化型アルミニウム合金部材がＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金で形成されている場合には、熱曝露により、Ａｌ母相中に固溶しているＣｕ、Ｍｇ等の溶質元素が析出し、合金組織内で析出物がＧＰＢ（Ｇｕｉｎｉｅｒ  Ｐｒｅｓｔｏｎ  Ｂａｇａｒｙａｔｓｋｙ  ギニエ・プレストン・バガリャツキ）（１）ゾーン→ＧＰＢ（２）ゾーン（Ｓ”相）→Ｓ’相→Ｓ相（Ａｌ２ＣｕＭｇ）の過程で変化して、最終的に安定相であるＳ相（Ａｌ２ＣｕＭｇ）が形成される。熱曝露により、Ａｌ母相中に固溶しているＣｕ、Ｍｇ等の溶質元素が析出すると、Ａｌ母相中に固溶しているＣｕ、Ｍｇ等の溶質元素の固溶量が低下するので、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率が大きくなる。また、熱曝露温度が高くなると、Ａｌ母相中に固溶しているＣｕ、Ｍｇ等の溶質元素の析出が促進されるので、Ａｌ母相中に固溶しているＣｕ、Ｍｇ等の溶質元素の固溶量の低下が大きくなり、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率が大きくなる。このように、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、主に、Ａｌ母相中の溶質元素の固溶量に起因して変化する。
【００２４】
析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、一般的な金属材料の導電率測定方法で測定可能である。析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、非破壊で測定可能であることから、渦電流式導電率測定法で測定されることが好ましい。渦電流式導電率測定法であれば、析出硬化型アルミニウム合金部材が設けられている現場でも測定可能である。
【００２５】
熱曝露温度推定工程（Ｓ１２）は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、予め求めておいた析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、を比較して、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する工程である。
【００２６】
予め析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量と、熱曝露時間との関係を実験等により求めて、例えば、マスター曲線等を作成する。析出硬化型アルミニウム合金の熱曝露については、例えば、析出硬化型アルミニウム合金部材が設けられる装置の運転から解析等で想定される複数の熱曝露温度で行うとよい。例えば、析出硬化型アルミニウム合金部材が、装置の運転から１００℃、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃、２００℃のいずれかの熱曝露温度に曝される可能性がある場合には、これらの温度で熱曝露すればよい。そして、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間から、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する。
【００２７】
図３は、熱曝露温度の推定方法を示すモデル図である。図３では、横軸に熱曝露時間を取り、縦軸に導電率の変化量を取り、導電率の変化量を実線で示している。また、熱曝露温度Ｔ１は、熱曝露温度Ｔ２より高温であることを示している。例えば、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量がΔＥ１であり、熱曝露時間がｔ１である場合には、熱曝露温度がＴ１と推定される。析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露前後の導電率がΔＥ２であり、熱曝露時間がｔ２である場合には、熱曝露温度がＴ２と推定される。このようにして、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度が推定される
【００２８】
また、熱曝露前後の導電率の変化量に基づいて熱曝露温度を推定することにより、熱曝露前（未曝露）のときの析出硬化型アルミニウム合金部材の調質状態や加工状態等が異なる場合でも、同じマスター曲線を用いて熱曝露温度を推定することができる。より詳細には、同一組成の析出硬化型アルミニウム合金で形成されており、熱処理条件や加工条件が異なる析出硬化型アルミニウム合金部材の場合でも、熱曝露前後の導電率の変化量に基づいて推定することから、熱曝露前の影響を除くことができる。これにより、調質状態や加工状態等が異なる析出硬化型アルミニウム合金部材の場合でも、同じマスター曲線を用いて熱曝露温度を推定することが可能となる。
【００２９】
次に、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置について説明する。図４は、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置１０の構成を示すブロック図である。析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置１０は、導電率測定手段１２と、制御手段１４と、出力手段１６と、を備えている。
【００３０】
導電率測定手段１２は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する機能を有している。導電率測定手段１２は、渦電流式導電率測定装置等で構成されている。
【００３１】
制御手段１４は、熱曝露温度推定手段１８と、記憶手段２０と、を有している。制御手段１４は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ等で構成されている。
【００３２】
熱曝露温度推定手段１８は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、予め求めておいた析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、を比較して、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する機能を有している。
【００３３】
記憶手段２０は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間、予め求めておいた析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間、導電率の変化量及び熱曝露時間の関係を示すマスター曲線等のデータを記憶する機能を有している。
【００３４】
出力手段１６は、推定された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度等を出力する機能を有している。出力手段１６は、ディスプレイやプリンタ等で構成されている。
【００３５】
以上、上記構成によれば、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間から、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定することにより、析出硬化型アルミニウム合金部材から直接情報を得て推定しているので、熱曝露温度をより精度よく推定することが可能となる。
【００３６】
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図５は、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法を示すフローチャートである。析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定方法は、導電率測定工程（Ｓ１０）と、硬さ測定工程（Ｓ２０）と、Ｄ値算出工程（Ｓ２２）と、熱曝露温度推定工程（Ｓ２４）と、を備えている。
【００３７】
導電率測定工程（Ｓ１０）は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する工程である。導電率測定工程（Ｓ１０）は、第一実施形態の導電率測定工程（Ｓ１０）と同じであるので詳細な説明を省略する。
【００３８】
硬さ測定工程（Ｓ２０）は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さを測定する工程である。析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、主に、析出硬化型アルミニウム合金の析出物の形態に影響される。
【００３９】
図６は、析出硬化型アルミニウム合金部材における硬さと熱曝露時間との関係を示すモデル図である。図６のモデル図では、横軸に熱曝露時間を取り、縦軸に硬さを取り、硬さの変化を実線で示している。また、熱曝露温度Ｔ１は、熱曝露温度Ｔ２より高温であることを示している。
【００４０】
熱曝露温度が比較的低い温度Ｔ２（例えば、１４０℃以下）の場合には、析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、熱曝露の初期では略一定であり、所定の熱曝露時間の経過後に低下を開始する。また、熱曝露温度が比較的高い温度Ｔ１（例えば、１６０℃以上）の場合には、析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、熱曝露の初期から緩やかに低下し、所定の熱曝露時間の経過後に低下が大きくなる。このように、析出硬化型アルミニウム合金の硬さは、熱曝露温度が高温になるほどより早く低下すると共に、低下の度合いが大きくなる。
【００４１】
析出硬化型アルミニウム合金部材は、熱曝露されると、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素が析出し、準安定相が増えるとともに準安定相の形態が変化し、最終的に安定相が形成される。析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、準安定相が析出物として析出している間は略一定となり、安定相が析出物として析出すると低下する傾向がある。析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、安定相が析出した後においても、オストワルド成長等により更に低下する傾向がある。また、析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、熱曝露温度が比較的低温の場合（例えば、１４０℃以下の熱曝露温度）には、準安定相の析出速度や形態の変化が遅くなり、安定相に移行し難くなるので、熱曝露時間が長くても略一定となる傾向がある。
【００４２】
例えば、析出硬化型アルミニウム合金部材がＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金で形成されている場合には、析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、ＧＰＢ（１）ゾーン、ＧＰＢ（２）ゾーン（Ｓ”相）及びＳ’相からなる準安定相が析出物として析出している間は略一定となるが、Ｓ相（Ａｌ２ＣｕＭｇ）からなる安定相が析出物として析出すると低下する傾向がある。このように、析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、主に、析出物の形態に起因して変化する。
【００４３】
硬さ測定は、例えば、マイクロビッカース硬さ測定法等のビッカース硬さ測定法、ロックウエル硬さ測定法、ブリネル硬さ測定法、ヌープ硬さ測定法等を用いることが可能である。硬さ測定は、析出硬化型アルミニウム合金部材を直接測定してもよいし、サンプルを切り出して樹脂埋めし、耐水研磨紙やアルミナ、コロイダルシリカ等の研磨材で研磨してから測定してもよい。また、硬さ測定は、マイクロビッカース硬さ測定法によることが好ましい。マイクロビッカース硬さ測定法によれば、圧痕サイズが小さいので、析出硬化型アルミニウム合金部材が小さくても硬さを複数箇所測定することができる。
【００４４】
Ｄ値算出工程（Ｓ２２）は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量と、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さの変化量と、を変数とした関係式に基づくＤ値を算出する工程である。
【００４５】
析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、主に、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素の固溶量に起因しており、熱曝露によりＡｌ母相中の溶質元素が析出して、Ａｌ母相中の溶質元素の固溶量が減ることにより変化する。このことから、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、熱曝露の初期から変化の度合いが大きくなる傾向がある。一方、析出硬化型アルミニウム合金部材の導電率は、Ａｌ母相中に固溶している溶質元素がほとんど析出すると、Ａｌ母相中の溶質元素の固溶量が少なくなるので、変化の度合いが小さくなる傾向がある。
【００４６】
析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、主に、析出物の形態に起因しているので、準安定相が析出物として析出している熱曝露の初期では、変化の度合いが小さくなる傾向がある。一方、析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、熱曝露時間の経過とともに析出物の形態が変化して安定相が析出されると変化の度合いが大きくなる傾向がある。また、析出硬化型アルミニウム合金部材の硬さは、安定相が形成された後でも、オストワルド成長等により変化の度合いが大きくなる傾向がある。
【００４７】
そこで、導電率の変化量と、硬さの変化量とを変数とした関係式に基づくＤ値をパラメータとすることにより、熱曝露の初期における硬さの変化の度合いが小さい期間では、主に、導電率の変化によりＤ値が変化し、熱曝露時間が長くなり、導電率の変化の度合が小さくなる期間では、主に、硬さの変化によりＤ値が変化する。このように、Ｄ値をパラメータとすることにより、熱曝露の全期間において析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を精度よく推定することができる。
【００４８】
Ｄ値は、熱曝露前後における導電率の変化量をΔＥ、熱曝露前後における硬さの変化量をΔＨとしたとき、Ｄ＝（ΔＨ＋１００）／（ΔＥ＋１００）で算出されるとよい。Ｄ値をこのような簡素なパラメータに設定することにより、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度の推定が容易になるからである。
【００４９】
図７は、Ｄ値と、熱曝露時間と、熱曝露温度との関係を示すモデル図である。図７のモデル図では、横軸に熱曝露時間を取り、縦軸にＤ値を取り、Ｄ値を実線で示している。なお、熱曝露温度Ｔ１は、熱曝露温度Ｔ２より高温の場合を示している。また、図７のモデル図では、図２の導電率と熱曝露時間との関係を示すモデル図と、図６の硬さと熱曝露時間との関係を示すモデル図とを用いることにより、導電率の変化量をΔＥ、硬さの変化量をΔＨとしたとき、Ｄ＝（ΔＨ＋１００）／（ΔＥ＋１００）でＤ値を算出している。
【００５０】
この場合のＤ値は、熱曝露の初期では、硬さが略一定か緩やかに低下し、導電率が徐々に大きくなるので、熱曝露時間の経過とともに緩やかに低下する。そして、熱曝露時間が更に経過すると、硬さが更に低下し、導電率が更に大きくなるので、Ｄ値の低下が大きくなる。このようにＤ値は、熱曝露時間に依存して変化する。また、熱曝露温度Ｔ１及びＴ２のときのＤ値は、熱曝露時間に対してお互いに異なる変化を示す。
【００５１】
熱曝露温度推定工程（Ｓ２４）は、析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値及び熱曝露時間と、予め求めておいた析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金のＤ値及び熱曝露時間と、を比較して、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する工程である。
【００５２】
予め析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金のＤ値と熱曝露時間との関係を実験等により求めて、例えば、図７に示すようなマスター曲線を作成する。析出硬化型アルミニウム合金の熱曝露については、例えば、析出硬化型アルミニウム合金部材が設けられる装置の運転から解析等で想定される複数の熱曝露温度で行うとよい。そして、析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値及び熱曝露時間から、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する。
【００５３】
図８は、熱曝露温度の推定方法を示すモデル図である。図８のモデル図では、図７のモデル図を用いて析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する方法を示している。例えば、熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値がＤ１であり、熱曝露時間がｔ１である場合には、熱曝露温度はＴ１と推定される。また、熱曝露された析出硬化型アルミニウム合金部材のＤ値がＤ２であり、熱曝露時間がｔ２である場合には、熱曝露温度はＴ２と推定される。このようにして、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度が推定される。
【００５４】
次に、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置について説明する。図９は、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置２２の構成を示すブロック図である。析出硬化型アルミニウム合金部材の熱履歴推定装置２２は、導電率測定手段１２と、硬さ測定手段２４と、制御手段２６と、出力手段２８と、を備えている。
【００５５】
導電率測定手段１２は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率を測定する機能を有している。導電率測定手段１２は、第一実施形態の導電率測定手段１２と同じであるので、詳細な説明を省略する。
【００５６】
硬さ測定手段２４は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さを測定する機能を有している。硬さ測定手段２４は、ビッカース硬さ試験機、ロックウエル硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機、超音波硬度計等で構成されている。
【００５７】
制御手段２６は、Ｄ値算出手段３０と、熱曝露温度推定手段３２と、記憶手段３４と、を有している。制御手段２６は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ等で構成されている。
【００５８】
Ｄ値算出手段３０は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量と、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の硬さの変化量と、を変数とした関係式に基づくＤ値を算出する機能を有している。
【００５９】
熱曝露温度推定手段３２は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、予め求めておいた析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間と、を比較して、析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定する機能を有している。
【００６０】
記憶手段３４は、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量、熱曝露前後の硬さの変化量、Ｄ値及び熱曝露時間、予め求めておいた析出硬化型アルミニウム合金部材と同一組成で既知の熱曝露を受けた析出硬化型アルミニウム合金における熱曝露前後の導電率の変化量、熱曝露前後の硬さの変化量、Ｄ値及び熱曝露時間、Ｄ値及び熱曝露時間の関係を示すマスター曲線等のデータを記憶する機能を有している。
【００６１】
出力手段２８は、推定された析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度等を出力する機能を有している。出力手段２８は、ディスプレイやプリンタ等で構成されている。
【００６２】
以上、上記構成によれば、析出硬化型アルミニウム合金部材における熱曝露前後の導電率の変化量と、熱曝露前後の硬さの変化量と、に基づいて析出硬化型アルミニウム合金部材の熱曝露温度を推定することにより、析出硬化型アルミニウム合金部材から直接情報を得て推定しているので、熱曝露温度をより精度よく推定することが可能となる。
【実施例】
【００６３】
［実施例１］
過給機等に用いられるコンプレッサインペラにおいて、熱曝露温度を推定する場合について説明する。コンプレッサインペラは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金である２０１４合金（調質状態Ｔ６：溶体化処理後の人工時効処理）で形成されている。コンプレッサインペラは、１２０℃から２００℃の間の略一定温度で熱曝露されている。まず、コンプレッサインペラの熱曝露温度を推定するためのマスター曲線の作成について説明する。
【００６４】
マスター曲線用供試体には、コンプレッサインペラと同一組成の２０１４合金材（調質状態Ｔ６）を、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃及び２００℃の各熱曝露温度、所定の熱曝露時間で各々熱曝露したものと、未曝露のものと、を使用した。
【００６５】
マスター曲線用供試体について、室温で、熱曝露前後の導電率を測定した。導電率測定は、渦電流式導電率測定法で行った。測定装置には、ＧＥ社製シグマテスタａｕｔｏＳｉｇｍａ３０００（渦電流式）を用いた。
【００６６】
熱曝露前後の導電率の変化量と、熱曝露時間と、熱曝露温度との関係を示すマスター曲線を作成した。図１０は、マスター曲線を示すグラフである。図１０のグラフでは、横軸に熱曝露時間を取り、縦軸に導電率の変化量を取り、１２０℃のときを白菱形、１４０℃のときを白四角形、１６０℃のときを黒三角形、１８０℃のときを黒四角形、２００℃のときを黒菱形で示している。各熱曝露温度において、熱曝露時間が長くなるほど導電率が大きくなり、熱曝露前後の導電率の変化量が大きくなった。また、熱曝露時間が同じである場合には、熱曝露温度が高いほど、熱曝露前後の導電率の変化量が大きくなった。このように、熱曝露前後の導電率の変化量は、熱曝露温度及び熱曝露時間ごとに異なる値を示すことが明らかとなった。
【００６７】
次に、熱曝露されたコンプレッサインペラの熱曝露温度を推定する方法について説明する。まず、コンプレッサインペラにおける熱曝露前後の導電率を、渦電流式導電率測定法で測定する。そして、コンプレッサインペラにおける熱曝露前後の導電率の変化量を算出する。予め求めておいたマスター曲線用供試体における熱曝露前後の導電率の変化量及び熱曝露時間のデータとして、図１０に示すマスター曲線を用いることにより、コンプレッサインペラの熱曝露温度を推定する。例えば、コンプレッサインペラにおける熱曝露前後の導電率の変化量が６（％ＩＡＣＳ）で、熱曝露時間が１００時間である場合には、図１０のマスター曲線から熱曝露温度が約２００℃と推定される。
【００６８】
［実施例２］
次に、マスター曲線として、熱曝露前後の導電率の変化量と、熱曝露前後の硬さの変化量と、を変数とした関係式に基づくＤ値を用いて、コンプレッサインペラの熱曝露温度を推定する場合について説明する。まず、マスター曲線の作成方法について説明する。なお、熱曝露前後の導電率の変化量については、実施例１におけるマスター曲線用供試体のデータを使用した。
【００６９】
マスター曲線用供試体には、実施例１と同様に、コンプレッサインペラと同一組成の２０１４合金材（調質状態Ｔ６）を、１２０℃、１４０℃、１６０℃、１８０℃及び２００℃の各熱曝露温度、所定の熱曝露時間で各々熱曝露したものと、未曝露のものと、を使用した。マスター曲線用供試体について、室温で、硬さ測定を行った。硬さ測定は、マイクロビッカース硬さ測定法により行った。硬さ測定用サンプルについては、マスター曲線用供試体から小片（長さ１０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚み３ｍｍｔ）を切り出して樹脂埋めし、耐水研磨紙（エメリー紙）で＃２０００番まで研磨して用意した。硬さ試験機には、明石製作所製  ＡＫＡＳＨＩ  ＭＶＫ−Ｈａｒｄｎｅｓｓ  Ｔｅｓｔｅｒを用いた。試験条件は、荷重１ｋｇｆ、負荷時間１５ｓとした。
【００７０】
図１１は、熱曝露前後の硬さの変化量と、熱曝露時間と、熱曝露温度との関係を示すグラフである。図１１のグラフでは、横軸に熱曝露時間を取り、縦軸に硬さの変化量を取り、１２０℃のときを白三角形、１４０℃のときを白四角形、１６０℃のときを黒三角形、１８０℃のときを黒四角形、２００℃のときを黒菱形で示している。熱曝露時間が長くなるほど硬さが低下し、熱曝露前後の硬さの変化量が大きくなった。また、熱曝露時間が同じである場合には、熱曝露温度が高いほど、熱曝露前後の硬さの変化量が大きくなった。更に、熱曝露温度が１４０℃以下の場合には、硬さは、約３０時間まで略一定であった。
【００７１】
熱曝露前後の導電率の変化量ΔＥと、熱曝露前後の硬さの変化量ΔＨとからＤ値を求めた。Ｄ値については、Ｄ＝（ΔＨ＋１００）／（ΔＥ＋１００）の式から算出した。そして、Ｄ値と、熱曝露時間と、熱曝露温度との関係を示すマスター曲線を作成した。図１２は、マスター曲線を示すグラフである。図１２のグラフでは、横軸に熱曝露時間を取り、縦軸にＤ値を取り、１２０℃のときを白菱形、１４０℃のときを白四角形、１６０℃のときを黒三角形、１８０℃のときを黒四角形、２００℃のときを黒菱形で示している。図１２のグラフから、Ｄ値は、熱曝露温度及び熱曝露時間ごとに異なる値を示すことが明らかとなった。
【００７２】
次に、熱曝露されたコンプレッサインペラにおける熱曝露温度の推定方法を説明する。コンプレッサインペラにおける熱曝露前後の導電率を、渦電流式導電率測定法で測定する。コンプレッサインペラにおける熱曝露前後の硬さを、マイクロビッカース硬さ試験法で測定する。そして、熱曝露前後の導電率の変化量ΔＥと、熱曝露前後の硬さの変化量ΔＨとを算出し、Ｄ＝（ΔＨ＋１００）／（ΔＥ＋１００）の式からＤ値を算出する。
【００７３】
予め求めておいたマスター曲線用供試体のＤ値及び熱曝露時間のデータとして、図１２に示すマスター曲線を用いることにより、コンプレッサインペラの熱曝露温度を推定する。例えば、熱曝露されたコンプレッサインペラにおけるＤ値が０．４５で、熱曝露時間が１００時間である場合には、図１２のマスター曲線から熱曝露温度が約２００℃と推定される。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２２  熱履歴推定装置
１２  導電率測定手段
１４、２６  制御手段
１６、２８  出力手段
１８、３２  熱曝露温度推定手段
２０、３４  記憶手段
２４  硬さ測定手段
３０  Ｄ値算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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