(57)【要約】【課題】アルミニウム材料の強度を熱処理により向上する。【解決手段】自動車の部品のボールジョイントを構成する６０６１アルミニウム合金の鍛造品に対し、５７０℃で１時間、溶体化処理し、この後、１８０℃で６時間、人工時効を行う。５３０℃で溶体化処理を行う構成に較べて、素地中の未溶解の相が減少するため、伸びは変わらず、引張強さを増すことができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを含む金属を所定の形状に形成したアルミニウム材料を、５６０℃以上５９５℃以下の溶体化温度で加熱する溶体化処理を行うことを特徴とするアルミニウム材料の熱処理方法。
【請求項２】
溶体化温度は、５７０℃であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム材料の熱処理方法。
【請求項３】
アルミニウムを含む金属は、珪素及びマグネシウムを含むアルミニウム合金である
ことを特徴とする請求項１または２記載のアルミニウム材料の熱処理方法。
【請求項４】
溶体化処理の後に、人工時効処理を行う
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のアルミニウム材料の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車の懸架装置及び操舵装置などに用いるアルミニウム材料の熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の懸架装置及び操舵装置において、ソケットにスタッドを回動可能に取り付けたボールジョイントが用いられている。そして、このボールジョイントのソケットは、軽量化の観点からアルミニウム材料を用いて形成され、鍛造成形後に熱処理が実施されている。
【０００３】
ここで、この熱処理としての溶体化処理の規格としては、溶体化温度が５１５〜５５０℃で、この加熱の後に水冷し、１７０〜１５０℃で８時間、人工時効を行うものがある。
【０００４】
そして、例えば、６０６１アルミニウム合金の鍛造品を、溶体化温度が５３０℃で、この加熱の後に水冷し、さらに、１８０℃で６時間人工時効を行う熱処理条件（Ａ６０６１−Ｔ６）で処理を行った場合の特性は、引張強さが３３０Ｎ／ｍｍ２で、伸びが２３％となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
今日において、自動車の強度部品などに用いるアルミニウム材料について、より一層の高強度化が求められている。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、アルミニウム材料の強度を向上できるアルミニウム材料の熱処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のアルミニウム材料の熱処理方法は、アルミニウムを含む金属を所定の形状に形成したアルミニウム材料を、５６０℃以上５９５℃以下の溶体化温度で加熱する溶体化処理を行うものである。
【０００８】
そして、この構成では、素地中の未溶解の相が、溶体化処理中に素地中に十分に固溶するので、溶体化温度を例えば５３０℃とした従来の構成に較べ、伸びの変化は抑制しつつ、引張強さが向上する。そこで、このアルミニウム材料を用いた製品の強度の向上あるいは軽量化が図られる。また、従来の構成に較べ、溶体化温度を上げるのみで実現可能であるため、製造コストの上昇が抑制される。ここで、溶体化温度が５９５℃を超えると、素地が溶け出してしまう。また、溶体化温度が５１５℃未満であると、素地中の未溶解の相が溶体化処理中に素地中に十分に固溶せず、強度の向上が十分でない。
【０００９】
請求項２記載のアルミニウム材料の熱処理方法は、請求項１記載のアルミニウム材料の熱処理方法において、溶体化温度は、５７０℃であるものである。
【００１０】
そして、この構成では、溶体化温度を例えば５３０℃とした従来の構成に較べ、伸びの変化は抑制しつつ、引張強さが向上する。
【００１１】
請求項３記載のアルミニウム材料の熱処理方法は、請求項１または２記載のアルミニウム材料の熱処理方法において、アルミニウムを含む金属は、珪素及びマグネシウムを含むアルミニウム合金であるものである。
【００１２】
そして、この構成では、素地中の珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）の未溶解の相が、溶体化処理中に素地中に固溶し、引張強さが向上する。
【００１３】
請求項４記載のアルミニウム材料の熱処理方法は、請求項１ないし３いずれか一記載のアルミニウム材料の熱処理方法において、溶体化処理の後に、人工時効処理を行うものである。
【００１４】
そして、この構成では、引張強さが向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のアルミニウム材料の熱処理方法の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
まず、本発明が適用されるアルミニウム材料を用いた製品であるボールジョイント図２を参照して説明する。
【００１７】
このボールジョイント１は、自動車の懸架装置及び操舵装置に用いられる強度部品である継手装置であり、ソケット２、スタッド３、シート４、及びダストカバー５などを備えている。そして、ソケット２は、ハウジング部６と、このハウジング部６から延設された棒状の腕部７とを備えている。また、このソケット２は、ハウジング部６に設けられた筒状の胴部６ａと腕部７とを一体に形成したアルミニウム材料としてのソケット本体８と、ハウジング部６の底部を構成する板状のプラグ９とを組み合わせて構成されている。一方、スタッド３は、球頭部１１と、この球頭部１１から延設された棒状のスタッド部１２とを備えている。また、シート４は、合成樹脂製でカップ状に形成され、ダストカバー５は、ゴム製で筒状に形成されている。そして、シート４を摺動自在に嵌合した球頭部１１を底部側から胴部６ａ内に挿入した上、胴部６ａにプラグ９を固定して底部を覆い、ソケット２にスタッド３を回動自在に取り付けるとともに、ハウジング部６と腕部７との接続部分をダストカバー５で覆い、ボールジョイント１が組み立てられている。
【００１８】
そして、このソケット２のソケット本体８は、軽量化の観点からアルミニウム材料を用いて形成された鍛造品で、鍛造成形後に熱処理が実施されている。
【００１９】
次に、熱処理として、６０６１アルミニウム合金を用いて溶体化処理および時効硬化処理（Ｔ６処理）を行う場合について、表１、図１及び図３を参照し、従来技術による比較例、及び規格に基づく標準的な比較例と比較して説明する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
すなわち、一般的には、熱処理により、引張強さが増して伸びは減少する。溶体化処理の規格に基づく比較例（標準）は、溶体化温度が５１５〜５５０℃で、１時間の溶体化処理の後に水冷して室温とし、この後、１８０℃で６時間、人工時効を行うものであり、引張強さが３１０Ｎ／ｍｍ２で、伸びが１５％となっている。
【００２２】
また、比較例（標準）に対し、比較例（従来）は、図３に示すように、溶体化温度を５３０℃としたもので、引張強さが３３０Ｎ／ｍｍ２で、伸びが２３％となっている。
【００２３】
これに対して、本実施例では、図１に示すように、溶体化温度のみを５７０℃と高く変更したもので、他の条件は比較例（従来）と変えていない。この結果、引張強さを３９０Ｎ／ｍｍ２、伸びを２３％にできた。
【００２４】
すなわち、本実施例では、現在行われている標準の溶体化温度以上の温度でＴ６処理を行い、すなわち、溶体化温度を５３０℃から５７０℃と高くするのみで、他は従来技術と全く同じ処理で、引張強さを１８％増しに高強度化でき、伸びは変わらずに保ったまま、すなわち伸びが減少しないアルミ材料の高強度化技術を提供できる。
【００２５】
そこで、このアルミニウム材料であるソケット本体８を用いたボールジョイント１の強度を向上し、あるいは軽量化でき、軽量な自動車用懸架装置及び操舵装置が設計可能になる。また、従来の構成に較べ、溶体化温度を上げるのみで実現可能であるため、設備の変更が不要であり、設備投資不要で製造コストの上昇を抑制できる。
【００２６】
また、本発明は、人工時効を行うＴ６処理に限られず、溶体化処理を行い人工時効を行なわないＴ４処理についても、同様に高強度特性、すなわち、引張強さが増して伸びが減少しない特性を得ることができる。
【００２７】
次に、６０６１アルミニウム合金を用い熱処理として溶体化処理（Ｔ４処理）を行う構成について、表２、図４及び図５を参照し、従来技術による比較例、及び規格に基づく標準的な比較例と比較して説明する。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
すなわち、一般的には、熱処理により、引張強さが増して伸びは減少する。溶体化処理の規格に基づく比較例（標準）は、溶体化温度が５１５〜５５０℃で、１時間の溶体化処理の後に水冷して室温とし、この後、室温で１週間放置して時効を行うものであり、引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ２で、伸びが１５％となっている。
【００３０】
また、比較例（標準）に対し、比較例（従来）は、図５に示すように、溶体化温度を５３０℃としたもので、引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ２で、伸びが３５％となっている。
【００３１】
これに対して、本実施例では、図４に示すように、溶体化温度のみを５７０℃と高く変更したもので、他の条件は比較例（従来）と変えていない。この結果、引張強さを２８０Ｎ／ｍｍ２、伸びを３５％にできた。
【００３２】
すなわち、本実施例では、現在行われている標準の溶体化温度以上の温度でＴ４処理を行い、溶体化温度を５３０℃から５７０℃と高くするのみで、他は従来技術と全く同じ処理で、引張強さを増して高強度化でき、伸びは変わらずに保ったまま、すなわち伸びが減少しないアルミ材料の高強度化技術を提供できる。
【００３３】
そこで、このアルミニウム材料であるソケット本体８を用いたボールジョイント１の強度を向上し、あるいは軽量化でき、軽量な自動車用懸架装置及び操舵装置が設計可能になる。また、従来の構成に較べ、溶体化温度を上げるのみで実現可能であるため、設備の変更が不要であり、設備投資不要で製造コストの上昇を抑制できる。
【００３４】
次に、熱処理条件の溶体化温度を５７０℃とすることにより、伸びを保ったまま、引張強度を向上できる理由を説明する。
【００３５】
まず、図６及び図７の金属組織の写真（２４０倍）に示すように、溶体化温度を５７０℃とした資料（図６）では、素地中に観察される晶出物の大きさが数百ナノメートルから数十ミクロンの未溶解の相が、溶体化温度を５３０℃とした資料（図７）よりも少ない。そして、素地中の未溶解の相は、欠陥と同様の働きをするので、この未溶解の相の量が少ないほど、素材の強度は高く、伸びは大きい。そして、５７０℃で溶体化処理をすると、素地中の未溶解の相が減少するため、強度は上がり、伸びは変わらない。なお、図６の写真中のスケールは１０μｍを示している。
【００３６】
そして、上記の大きさが数百ナノメートルから数十ミクロンの未溶解の相は、Ｘ線回折試験から、大部分は、珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）であることが確認された。そして、６０６１アルミニウム合金では、５７０℃で１時間の溶体化処理中に、珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）が素地中に再固溶し、引き続き行われる１８０℃で６時間の人工時効中に、珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）が素地中に析出する過程で強化される。従って、素地中に固溶した珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）量が多いほど、高い引張強さが得られる。そこで、溶体化温度を５３０℃から５７０℃に上げると、より多くの珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）が素地中に固溶するようになる。このことが、６０６１アルミニウム合金が強化される理由となる。
【００３７】
図８及び図９に、溶体化温度が５３０℃の場合（図９）と５７０℃の場合（図８）における、溶体化処理前（ａ）と、１時間の溶体化処理後（ｂ）とのＸ線回折試験結果を示す。なお、各グラフにおいて、ピークは珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）である。また、図１０に、溶体化処理における保持時間と、珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）の未溶解の相の溶体化処理前に対する量（体積比）との関係を、各溶体化温度において測定した結果のグラフを示す。そして、この試験結果により、５７０℃で１時間保持することにより、ほとんどの珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）が素地中に固溶することが示された。また、溶体化温度を５６０℃以上とすることにより、十分な珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）が素地中に固溶し、従来の構成の強度を超える十分な強度を得られることが分かった。また、溶体化温度が５９５℃を超えると、素地が溶け出してしまうため、溶体化温度は、５９５℃以下とする必要がある。
【００３８】
なお、質別は、Ｔ６，Ｔ４に限られず、Ｔ６２，Ｔ６５１，Ｔ６５１１，Ｔ６５２，Ｔ４２，Ｔ４５１，Ｔ４５１１に適用することもできる。
【００３９】
また、アルミニウム合金は、６０６１に限られず、珪素及びマグネシウムを含むＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）であれば良い。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載のアルミニウム材料の熱処理方法によれば、アルミニウムを含む金属を所定の形状に形成したアルミニウム材料を、５６０℃以上５９５℃以下の溶体化温度で加熱する溶体化処理を行うことにより、素地中の未溶解の相が、溶体化処理中に素地中に十分に固溶するため、溶体化温度を例えば５３０℃とした従来の構成に較べ、伸びの変化は抑制しつつ、引張強さを向上できる。そこで、このアルミニウム材料を用いた製品の強度を向上し、あるいは軽量化できる。また、従来の構成に較べ、溶体化温度を上げるのみで実現可能であるため、製造コストの上昇を抑制できる。
【００４１】
請求項２記載のアルミニウム材料の熱処理方法によれば、請求項１記載の効果に加え、溶体化温度を５７０℃とすることにより、溶体化温度を例えば５３０℃とした従来の構成に較べ、伸びの変化は抑制しつつ、引張強さを向上できる。
【００４２】
請求項３記載のアルミニウム材料の熱処理方法によれば、請求項１または２記載の効果に加え、素地中の珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）の未溶解の相を、溶体化処理中に素地中に固溶させ、引張強さを向上できる。
【００４３】
請求項４記載のアルミニウム材料の熱処理方法によれば、請求項１ないし３いずれか一記載の効果に加え、溶体化処理の後に、人工時効処理を行うことにより、引張強さが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルミニウム材料の熱処理方法の一実施の形態を示すＴ６処理の説明図である。
【図２】同上アルミニウム材料を用いたボールジョイントの一部を切り欠いた側面図である。
【図３】比較例の熱処理方法を示すＴ６処理の説明図である。
【図４】本発明のアルミニウム材料の熱処理方法の他の実施の形態を示すＴ４処理の説明図である。
【図５】比較例の熱処理方法を示すＴ４処理の説明図である。
【図６】本発明のアルミニウム材料の熱処理方法による溶体化温度５７０℃の場合の金属組織の写真である。
【図７】比較例の熱処理方法による溶体化温度５３０℃の場合の金属組織の写真である。
【図８】本発明のアルミニウム材料の熱処理方法による溶体化温度５７０℃の場合のＸ線回折試験結果のグラフである。
（ａ）は溶体化処理前の試料を室温でＸ線回折試験した結果
（ｂ）は５７０℃で１時間の溶体化処理を行った試料を引続き５７０℃に保ちＸ線回折試験した結果
【図９】比較例の熱処理方法による溶体化温度５３０℃の場合のＸ線回折試験結果のグラフである。
（ａ）は溶体化処理前の試料を室温でＸ線回折試験した結果
（ｂ）は５３０℃で１時間の溶体化処理を行った試料を引続き５３０℃に保ちＸ線回折試験した結果
【図１０】溶体化処理における保持時間と珪化マグネシウム（Ｍｇ２Ｓｉ）の未溶解の相の溶体化処理前に対する量（体積比）との関係を各溶体化温度において測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
８　　アルミニウム材料としてのソケット本体
【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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