(57)【要約】【課題】  大がかりな設備を必要とせず、量産性に優れ、高い寸法精度及び強度を満たすダイカスト製品を製造することができるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法の提供。【解決手段】  アルミニウムダイカスト製品の熱処理方法では、溶体化処理工程と、冷却工程と、焼入れ工程と、人工時効工程とがこの順番で行われる。溶体化処理工程では、多数のアルミニウムダイカスト製品を溶体化させる。冷却工程では、中間炉を用いて、溶体化処理工程が終了してからアルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却する。焼入れ工程では、溶体化処理工程の後１２０秒以内にアルミニウムダイカスト製品に対して焼入れを行う。人工時効工程では、焼入れ工程を経た多数のアルミニウムダイカスト製品に対して人工時効処理する。【選択図】図１１
2005200702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムダイカスト製品を溶体化処理する溶体化処理工程と、
該溶体化処理工程の後に冷却手段を用いて該アルミニウムダイカスト製品が沸騰現象を起こさないようにして該アルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却する冷却工程と、
該冷却工程を経た該アルミニウムダイカスト製品を、該溶体化処理工程後１２０秒以内に水で焼入れする焼入れ工程と、
該焼入れ工程を経た該アルミニウムダイカスト製品を人工時効処理する人工時効工程とを有することを特徴とするアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法。
【請求項２】
該冷却工程で用いる該冷却手段は鉛ビスマス合金融液が入った液体浴槽であり、該冷却工程では該液体浴槽に該アルミニウムダイカスト製品を浸漬することにより冷却を行うことを特徴とする請求項１記載のアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法。
【請求項３】
該冷却工程で用いる該冷却手段は中間炉であり、該中間炉はアルミナ粉末を媒体とする流動層炉からなり、該冷却工程では該流動層炉内に該アルミニウムダイカスト製品を所定時間保持することにより冷却を行うことを特徴とする請求項１記載のアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法に関し、特に、Ｔ６処理における熱処理歪みの発生を抑えるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車等の輸送手段の軽量化を目的として、従来は鋼材で作られていた車体フレームのアルミニウム合金への置き換えが進んでいる。アルミニウム合金を大別すると、展伸材用合金と鋳物用合金とに分かれるが、アルミニウム合金の特性に基づき大別すれば、非熱処理型合金と熱処理型合金とに分けることができる。熱処理型合金とは時効硬化性合金のことをいい、時効硬化性合金には、固溶限以上の温度で加熱処理後急冷して均質状態を常温に持ち込む処理、即ち焼入れ処理を行った後、常温にて放置して自然時効によって硬化するもの（Ｔ４処理）と、焼入れ処理を行った後に、１００℃〜２００℃の適当な温度で適当時間焼戻しして高い硬さを得るもの（Ｔ６処理）とがある。
【０００３】
輸送手段の車体フレームは構造材料であるため強度と延性が要求される。このため、車体フレームは、６０００系アルミニウム合金の押し出し型材や、プレス材とＡＣ４ＣＨ合金に代表されるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金の鋳物をリベットや溶接で接合することによって作られる。車体フレームを構成する部材は、機械的性質を改善するために、上述のＴ４処理あるいはＴ６処理が施されるのが一般的である。
【０００４】
一方、ダイカスト法は、複雑な形状の部品を安価に大量生産するのに適している。このため、上述のように押し出し型材や、プレス材や、鋳物を互いに接合することにより製造されていた車体フレームを、ダイカスト法により一体成形することにより、接合にかかっていた費用も含めて大幅にコストを低減することができる。ダイカスト法においては、ＡＤＣ３に代表されるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系の合金が利用されるのが一般的である。これらの合金は、ＡＣ４ＣＨ合金と同様にＴ４処理あるいはＴ６処理を施すことによって、はじめて車体フレームに要求される機械的性質を満足するようになる。
【０００５】
通常のダイカスト法により成形された製品は内部に多量のガスを含有しており、製品を高温に加熱すると、ガスの膨張によって製品の表面に多数の突起が生じて不良品となる。このため、上述したＴ４処理あるいはＴ６処理を施すためには、製品内部に含有されるガス量を抑制する特殊なダイカスト法が必要である。このようなダイカスト法としては、金型のキャビティ内を排気減圧する真空ダイカスト法や、キャビティの空気を酸素に置換する無孔性ダイカスト法がある。
【０００６】
ダイカスト法を利用した車体フレームは既に実用化されている。アルミニウムダイカスト製の車体フレームは、厚さが２〜３ｍｍ程度で長さが１ｍを越える板状のものが多い。また、車体フレームに剛性を持たせるため、車体フレームにリブを配置したデザインとするのが普通である。このような薄肉大面積の板状の製品を溶体化し焼入れ処理すると、強度の高い製品を得られる反面、大きな熱処理歪みを生ずる。
【０００７】
アルミニウムダイカスト製品を他の部材と接合することにより車体フレームを構成する。しかし、このように車体フレームの接合を行うためは、製品の寸法精度は±０．５以下〜±１．０ｍｍ以下に抑えられるべきである。熱処理歪みは製品ごとにばらつきが大きく、熱処理歪みによる変形が生じた後の形状を予測する技術は確立されていない。このため、このような寸法精度を満足するために、熱処理後のアルミニウムダイカスト製品は、金型プレスやハンマーを用いて矯正される。
【０００８】
ここで、熱処理歪みの発生のメカニズムについて説明する。溶体化処理及び焼入れ処理を行う熱処理方法において発生する歪みの大半は、焼入れの冷却過程で生ずる。ＡＤＣ３合金に代表されるダイカスト用Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金の溶体化温度は、強化析出物であるＭｇ２Ｓｉの溶解温度以上の温度である５００℃〜５４０℃程度に設定される。一般に、物質の降伏応力は物質の温度の上昇とともに低下する。アルミニウム合金の降伏応力は４００℃以上では極端に低下する。従って、５００℃以上の温度で溶体化処理した後、焼入れ処理による冷却過程で４００℃程度に低下するまでの間は、合金の降伏応力はきわめて低く、比較的小さな応力で永久歪みたる熱処理歪みを生じる状態にある。
【０００９】
アルミニウムダイカスト製品に永久歪みを生じさせる応力は、アルミニウムダイカスト製品内部の温度差によって発生する。一般的に物質は温度の上昇とともに膨張する。したがって、物質内に温度の異なる部分があると膨張量に差が生じ、このことによって内部応力が発生する。内部応力が降伏応力を上回ったとき物質に永久歪みが発生する。永久歪みが発生するのは、より降伏応力の低い高温の部分である。
【００１０】
アルミニウムダイカスト製品の焼入れ処理中に製品内部に温度差が生じるのにはいくつかの原因がある。一つの大きな原因としては、例えば、製品の肉厚が場所によって異なることである。前述のように製品にはリブ等が設けられており、リブ等が設けられた肉厚の厚い部分ほど冷却が遅れる。冷却速度の速い焼入れ処理ほどその温度差は大きくなり、永久歪みたる熱処理歪みが発生する。
【００１１】
もう一つの大きな原因は焼入れ処理に用いられる冷却水の沸騰現象である。アルミニウムダイカスト製品の焼入れ処理には、６０℃程度の温水が冷却水として用いられるのが一般的である。焼入れ処理で高温のアルミニウムダイカスト製品が冷却水に浸漬させられると、沸騰を起こすための気化熱が高温のダイカスト製品から温水へと供給される。このことにより製品に接する温水の部分が熱せられて沸騰する。この際、気化熱を供給したダイカスト製品の部分から熱が奪われる。
【００１２】
沸騰は、製品表面に接する温水全体に均一に起こらないため、場所によって冷却の度合いが異なり、これが製品内に温度分布を生じさせる原因となる。沸騰には膜沸騰と核沸騰との２種類がある。膜沸騰は、比較的高温の物質が水に接したとき、物質の表面全体で水から水蒸気への変態が起こることによる沸騰をいう。核沸騰は、比較的低温の物質が水に接したときに起こる沸騰をいい、物質表面に付着した塵や物質表面に設けられた角部等の突出した部分において核発生する。アルミニウムダイカスト製品の焼入れでは、製品に設けられたリブなどの突出した部分の先端で選択的に核沸騰が起こるため、この部分が特に強く冷却され、製品内に温度差を生じ、永久歪みたる熱処理歪みが発生する。
【００１３】
前述のように、所望の寸法精度を満足するために熱処理後に熱処理歪みの発生しているアルミニウムダイカスト製品は、金型プレスやハンマーを用いて矯正していたが、このような熱処理後の矯正は、製品の製造コストを増加する要因となり、また、矯正が不可能な場合もあるため、熱処理歪みの発生をできるだけ抑える熱処理方法が考案されている。
【００１４】
そのひとつがグリコール系の有機合成高分子を焼入剤として用いる方法である。この焼入剤は常温の水に均一に溶解するが、曇点を超えると不溶性となり水から分離する。この水溶液を、焼入れを行うための冷却媒体として用いた場合には、高温のアルミニウムダイカスト製品が溶液に入ったときに、製品表面に接する溶液が局所的に曇点を越えるため、製品表面に膜状の高分子化合物が形成される。この膜状の高分子化合物が、製品全体を焼入れの冷却媒体たる焼入れ水から保護して、核沸騰による過度の冷却を阻止する。その後、時間が経過して製品表面に接する溶液の温度が曇点以下に下がると、高分子化合物は再溶解して製品を急冷させる。曇点は約８０℃になるように調整される。
【００１５】
しかし、このような焼入剤の使用は歪みを低減するが、処理後に洗浄工程を必要とし、また、廃材の処理が必要となる。
【００１６】
その他の方法としては、特表２００３−５１７１００号公報に記載されているような、気体あるいは気液混合物を利用して、アルミニウム合金板製品の両面又は片面から強制空冷することにより焼入れする方法がある。気体による焼入れは沸騰現象を生じさせないため、製品内部の温度分布が生じにくく、熱処理歪みの発生を抑えることができる。
【特許文献１】特表２００３−５１７１００号公報（８頁〜２２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、特表２００３−５１７１００号公報記載の方法では、アルミニウム合金板製品の両面又は片面から強制空冷するため、多数の製品を重ねて配置させて焼入れを行うことができない。このため１回の焼入れで処理される製品の数が制限され、著しく量産性を損ねる。量産性を向上するには連続炉の形式をとることが必要となり、この場合には設備が大がかりとなる。これでは設備投資と設置面積の点で問題である。
【００１８】
そこで、本発明は、大がかりな設備を必要とせず、量産性に優れ、所望の寸法精度及び強度を満たすダイカスト製品を製造することができるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明は、アルミニウムダイカスト製品を溶体化処理する溶体化処理工程と、該溶体化処理工程の後に冷却手段を用いて該アルミニウムダイカスト製品が沸騰現象を起こさないようにして該アルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却する冷却工程と、該冷却工程を経た該アルミニウムダイカスト製品を、該溶体化処理工程後１２０秒以内に水で焼入れする焼入れ工程と、該焼入れ工程を経た該アルミニウムダイカスト製品を人工時効処理する人工時効工程とを有するアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を提供している。
【００２０】
ここで、該冷却工程で用いる該冷却手段は鉛ビスマス合金融液が入った液体浴槽であり、該冷却工程では該液体浴槽に該アルミニウムダイカスト製品を浸漬することにより冷却を行うことが好ましい。
【００２１】
または、該冷却工程で用いる該冷却手段は中間炉であり、該中間炉はアルミナ粉末を媒体とする流動層炉からなり、該冷却工程では該流動層炉内に該アルミニウムダイカスト製品を所定時間保持することにより冷却を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の請求項１記載のアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法によれば、溶体化処理工程の後に冷却手段を用いてアルミニウムダイカスト製品が沸騰現象を起こさないようにしてアルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却する冷却工程を行うようにしたため、熱処理歪みを±０．５以下〜±１．０ｍｍ以下に抑えることができ、高い寸法精度を有するダイカスト製品を製造することができる。また、溶体化処理工程の後１２０秒以内に焼入れすることにより、車体フレーム等に必要な機械的特性を得ることができる。このため、高い寸法精度及び機械的特性が要求される車体フレーム等に、アルミニウムダイカスト製品を用いることができる。
【００２３】
本発明の請求項２記載のアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法によれば、冷却工程で用いる冷却手段は鉛ビスマス合金融液が入った液体浴槽であり、冷却工程では液体浴槽にアルミニウムダイカスト製品を浸漬することにより冷却を行うようにしたため、多数のダイカスト製品に対して一度に熱処理を行うことができ、アルミニウムダイカスト製品の熱処理方法のために連続炉のような大がかりな設備を必要とせずに、量産性を高めることができる。
【００２４】
また、アルミニウムダイカスト製品の温度を溶体化処理工程の後１２０秒以内に３５０℃以下にすることができるので、熱処理後のアルミニウムダイカスト製品の変位量、即ち、熱処理歪みの量を±０．５ｍｍ以下といった非常に低い値とすることができ、非常に高い寸法精度を得ることができる。このため、熱処理歪みの矯正のための工程を行わずに、アルミニウムダイカスト製品を大量生産することができる。
【００２５】
本発明の請求項３記載のアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法によれば、冷却工程で用いる冷却手段は中間炉であり、中間炉はアルミナ粉末を媒体とする流動層炉からなり、冷却工程では流動層炉内にアルミニウムダイカスト製品を所定時間保持することにより冷却を行うようにしたため、多数のダイカスト製品に対して一度に熱処理を行うことができ、アルミニウムダイカスト製品の熱処理方法のために連続炉のような大がかりな設備を必要とせずに、量産性を高めることができる。
【００２６】
また、アルミニウムダイカスト製品の温度を溶体化処理工程の後１２０秒以内に３５０℃以下にすることができるので、熱処理後のアルミニウムダイカスト製品の変位量、即ち、熱処理歪みの量を±０．５ｍｍ以下といった非常に低い値とすることができ、非常に高い寸法精度を得ることができる。このため、熱処理歪みの矯正のための工程を行わずに、アルミニウムダイカスト製品を大量生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法について図１乃至図５を参照しながら説明する。以下に説明する第１〜第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、いずれもアルミニウム合金を用いてダイカスト法により鋳造されたアルミニウムダイカスト製品に対して施される熱処理方法であり、それぞれ溶体化処理工程と、冷却工程と、焼入れ工程と、人工時効工程とがこの順番で行われる。
【００２８】
第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法における溶体化処理工程では、多数のアルミニウムダイカスト製品を、その温度が数時間５００℃〜５５０℃に保持されるように加熱して溶体化させる。冷却工程では、溶体化処理工程が終了してから冷却装置を用いてアルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却する。用いられる冷却装置は、内部を所定の中間温度の雰囲気に所定時間保つことができ、内部に多数のダイカスト製品を載置できるかごが設けられた中間炉である。多数のダイカスト製品は、中間炉内のかごに所定時間保持されることにより、溶体化されている温度である５００℃〜５４０℃から４５０℃以下へと冷却される。冷却装置は冷却手段に相当する。
【００２９】
焼入れ工程では、冷却工程を経た多数のアルミニウムダイカスト製品を、溶体化処理工程が終了してから１２０秒以内に、所定の温度の温水中に浸漬することにより焼入れを行う。人工時効工程では、焼入れ工程を経た多数のアルミニウムダイカスト製品を、所定時間時効炉内に保持することにより人工時効処理する。時効炉内は１００℃〜２００℃の間の所定の温度に維持される。
【００３０】
溶体化処理工程が終了してから冷却装置を用いてアルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却するようにし、冷却装置として中間炉を用いたため、中間炉内で多数のダイカスト製品を同時に、沸騰現象を起こさないようにして冷却することができる。このため、高い強度を有し、熱処理歪みの量が±１．０ｍｍ以下の寸法精度の高いダイカスト製品を、優れた量産性をもって生産することができる。また、アルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を行うために連続炉のような大がかりな設備を必要とせず、設備投資と設置面積とにおいて有利である。
【００３１】
また、溶体化処理工程が終了してから１２０秒以内にアルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却することは、自然空冷でも達成できる。しかし、溶体化処理後に、大量のダイカスト製品を一括処理により溶体化炉外で放冷すると、先に溶体化炉外に出た製品と後から溶体化炉外に出た製品との温度差が大きいため、熱処理後の機械的性質のばらつきが大きくなる。しかし、本実施の形態では、中間炉を用いたため、このようなばらつきが大きくなることを防止することができる。
【００３２】
ここで、アルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却し、溶体化処理工程が終了してから１２０秒以内に焼入れする根拠について説明する。前述のように、ＡＤＣ３合金に代表されるダイカスト用Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金の溶体化温度は、５００℃〜５４０℃である。アルミニウムダイカスト製品がこのような高温のときにそのまま焼入れすると、高温のアルミニウム合金は降伏応力が著しく低いため、永久歪みたる熱処理歪みを生じやすい。これに対し、焼入れする時点でのアルミニウムダイカスト製品の温度が低くなっていれば、発生する歪みは小さい。
【００３３】
図１に示されるように、熱処理歪みによる変位量の平均値及びばらつきは、焼入れ温度、即ち、焼入れを開始する時点でのアルミニウムダイカスト製品の温度の低下とともに減少する。図１には、３００℃、３５０℃、４００℃、４２５℃、４５０℃、４７５℃、５００℃の７種類の焼入れ温度で、それぞれの焼入れ温度につき同一形状で５個ずつ計３５個のサンプルを焼入れしたときの変位及びばらつきの絶対値が示されているが、それぞれの焼入れ温度におけるすべての製品の変位が１．０ｍｍ以下となるのは焼入れ温度が４５０℃以下のときであることが分かる。
【００３４】
また、すべての製品の変位が０．５ｍｍ以下となるのは焼入れ温度が３５０℃以下のときであることが分かる。そこで、車体フレームのように高い寸法精度が要求される場合には、焼入れ温度が４５０℃以下（好ましくは３５０℃以下）となるようにしてやる必要があることが分かる。
【００３５】
５００℃から５４０℃で溶体化処理した後に４５０℃以下で焼入れするためには、その間に何らかの冷却工程が必要である。この冷却工程として沸騰を伴う方法を用いると永久歪みたる熱処理歪みが発生するため好ましくない。
【００３６】
また、図２に示されるように、冷却に時間がかかり過ぎると強化析出物が過剰に成長、粗大化して機械的性質を損なう。本発明をするにあたり、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるアルミニウムダイカスト製品の焼入遅れ時間の限界を確認するために、焼入遅れ時間と時効処理後の硬さとの関係を調査したが、その結果が図２に示されるとおりであり、車体フレームとして利用される機械的性質を満足する硬さは、ロックウェルＦスケールで７５乃至８０である。
【００３７】
そこで、硬さが７５乃至８０となるためには、図２に示されるグラフより、焼入遅れ時間を１２０秒以内としなければならないことが分かる。以上より、車体フレーム等として利用可能なアルミニウムダイカスト製品を製造するためには、製品の溶体化処理工程が終了した後、アルミニウムダイカスト製品の温度を４５０℃以下に冷却し、溶体化処理工程の後１２０秒以内にアルミニウムダイカスト製品を焼入れすることが必要であることが分かる。
【００３８】
次に、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法の効果を試す試験を行った。試験では、本発明材１、比較材１の２種類についてはそれぞれ５個ずつ、比較材２については６個の計１６個を用いて、変位量の測定と引張試験と行った。本発明材１としては、以下の表１に示される組成のアルミニウム合金を用いて一般肉厚２．５ｍｍ、幅３５０ｍｍ、長さ５００ｍｍのアルミニウムダイカスト製品を鋳造し、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を行ったものを用いた。
【表１】
2005200702.tif 000003
【００３９】
本発明材１を製造するために行われたアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、より詳細には図３及び図４に示されるように、アルミニウムダイカスト製品に対して溶体化炉で５００℃、３時間の溶体化処理工程を行った後、雰囲気温度１５０℃に保った中間炉内に移し、その中で９０秒間保持することにより冷却工程を行った。その後、中間炉から製品を取り出して６０℃の温水中に焼入れることにより焼入れ工程を行った。温水中に焼入れる直前の製品の温度は場所によって差があるが、３３０℃〜４００℃の範囲であった。そして、焼入れ工程の後、時効炉で１８０℃、３時間の人工時効工程を行った。
【００４０】
比較材１としては、本発明材１と同一組成のアルミニウム合金を用いて、本発明材１と同一形状のアルミニウムダイカスト製品を鋳造し、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法とは異なる熱処理方法を行ったものを用いた。熱処理方法における第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法との相違点は、（１）溶体化処理工程の後に、冷却工程を行わずに焼き入れ工程を行った点、及び、（２）焼入れ工程の後、時効炉で１３０℃、３時間の人工時効工程を行った点のみであり、図５に示されるとおりである。
【００４１】
比較材２としては、本発明材１と同一組成のアルミニウム合金を用いて、本発明材１と同一形状のアルミニウムダイカスト製品を鋳造し、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法とは異なる熱処理方法を行ったものを用いた。熱処理方法における第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法との相違点は、（１）溶体化処理工程の後に、冷却工程を行わずに焼き入れ工程を行った点、（２）焼入れ工程の後、時効炉で１３０℃、３時間の人工時効工程を行った点、及び（３）焼入れ工程では、６０℃の温水に代えて３０℃のグリコール水溶液、即ち、熱処理剤を溶解した水溶液を用いた点のみであり、図５に示されるとおりである。
【００４２】
変位量の測定は、本発明材１、比較材１、比較材２について、それぞれ任意に選んだ６箇所における肉厚に垂直な方向の変位を測定した。測定した製品の数は、本発明材１、比較材１、比較材２の３種類、計１６個全てである。各条件での変位の測定結果を表２に示す。
【表２】
2005200702.tif 000004
【００４３】
表２に示されるように、比較材１、比較材２では最大で２〜３ｍｍの変位を生じている。これに対し、本発明材１では１．０ｍｍ以下の変位に抑えられており、高い寸法精度を得ていることが分かる。
【００４４】
また、引張試験は、上述の３種類の熱処理材から試験片を、厚さ２．５±０．１ｍｍで図６に示される形状に切出したものを用いて、インストロン型試験機を用いて行った。図６に示される寸法の単位は「ｍｍ（ミリメートル）」である。なお、歪み速度は５ｍｍ／ｍｉｎで室温で測定した。試験結果は、表３に示されるとおりであり、試験結果の数値は、本発明材１、比較材１、比較材２の３種類、それぞれ５つずつ計１５個について測定を行った値の、各種類における平均値である。
【表３】
2005200702.tif 000005
【００４５】
表３に示されるように、本発明材１は、引張強度、０．２％耐力、破断延びのいずれにおいても車体フレーム等に必要とされる機械的性質を備えている。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法について図７乃至図９を参照しながら説明する。第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、冷却工程で用いる冷却装置として中間炉を用いずに、鉛ビスマス（Ｐｂ−Ｂｉ）合金融液が入った液体浴槽を用い、冷却工程では当該液体浴槽にアルミニウムダイカスト製品を浸漬することにより冷却を行う点のみが、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法とは異なる。これ以外については、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法と同一である。
【００４７】
冷却装置として鉛ビスマス合金融液が入った液体浴槽を用いたため、液体浴槽内で多数のダイカスト製品を同時に、沸騰現象を起こさないようにして安定して１２０秒以内に５００℃から３５０℃以下に冷却することができる。このため、３５０℃以下に冷却したアルミニウムダイカスト製品を、溶体化処理工程の後１２０秒以内に焼入れすることが可能となるので、高い強度を有し、熱処理歪みの量が±０．５ｍｍ以下の寸法精度の高いダイカスト製品を、優れた量産性をもって生産することができる。また、熱処理後の機械的性質のばらつきが大きくなることを防止することができる。また、アルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を行うために連続炉のような大がかりな設備を必要とせず、設備投資と設置面積とにおいて有利である。
【００４８】
次に、第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法の効果を試す試験を行った。試験では、本発明材２、比較材３の２種類、それぞれ５つずつ計１０個を用いて、変位量の測定と引張試験と行った。本発明材２としては、本発明材１と同一組成のアルミニウム合金を用いて一般肉厚２．５ｍｍ、幅１６０ｍｍ、長さ２４０ｍｍのアルミニウムダイカスト製品を鋳造し、第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を行ったものを用いた。
【００４９】
本発明材２を製造するために行われたアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、より詳細には図７及び図８に示されるように、アルミニウムダイカスト製品に対して溶体化炉で５００℃、３時間の溶体化処理工程を行った後、冷却装置を構成し２５５℃に保ったＰｂが４４．５質量％、Ｂｉが５５．５質量％の合金融液浴槽中に浸漬し、その中で３０秒間保持して冷却工程を行った。その後、中間炉から製品を取り出して６０℃の温水中に焼入れることにより焼入れ工程を行った。温水中に焼入れる直前の製品の温度は３５０℃であった。そして、焼入れ工程の後、時効炉で１４０℃、３時間の人工時効工程を行った。
【００５０】
比較材３としては、本発明材２と同一組成のアルミニウム合金を用いて、本発明材２と同一形状のアルミニウムダイカスト製品を鋳造し、第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法とは異なる熱処理方法を行ったものを用いた。熱処理方法における第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法との相違点は、溶体化処理工程の後に冷却工程を行わずに焼き入れ工程を行った点のみであり、図９に示されるとおりである。
【００５１】
変位量の測定は、本発明材２、比較材３について、それぞれ任意に選んだ３箇所における肉厚に垂直な方向の変位を測定した。測定した製品の数は、本発明材２、比較材３の２種類、それぞれ５つずつ計１０個全てである。各条件での変位の測定結果を表４に示す。
【表４】
2005200702.tif 000006
【００５２】
表４に示されるように、比較材３の変位量に対して本発明材２では、変位量は３分の１程度に抑えられており、極めて高い寸法精度を得ていることが分かる。
【００５３】
また、引張試験は、上述の２種類の熱処理材から、第１の実施の形態における引張試験で用いた試験片と同一形状で切出した試験片を用いて、第１の実施の形態における引張試験と同様にインストロン型試験機を用いて行った。なお、歪み速度は５ｍｍ／ｍｉｎで室温で測定した。試験結果は、表５に示されるとおりであり、試験結果の数値は、本発明材２、比較材３の２種類、それぞれ５つずつ計１０個について測定を行った値の、各種類における平均値である。
【表５】
2005200702.tif 000007
【００５４】
表５に示されるように、本発明材２は、引張強度、０．２％耐力、破断延びのいずれにおいても車体フレーム等に必要とされる機械的性質を備えている。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法について図１０乃至図１２を参照しながら説明する。第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、冷却工程で用いる冷却装置の中間炉としてアルミナ粉末を媒体とする流動層炉を用い、冷却工程では流動層炉内にアルミニウムダイカスト製品を所定時間保持することにより冷却を行う点のみが、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法とは異なる。これ以外については、第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法と同一である。
【００５６】
ここで、流動層炉とは、金属容器（レトルト）にアルミナ粉末等の流動熱媒体を充填し、このレトルト下部に置かれた分散板からガスを吹込み金属容器を加熱するとアルミナが膨張・流動化し、あたかも液体のように挙動する流動層によって非熱処理材を熱処理する熱処理炉である。
【００５７】
冷却装置を構成する中間炉としてアルミナ粉末を媒体とする流動層炉を用いたため、液体浴槽内で多数のダイカスト製品を同時に、沸騰現象を起こさないようにして安定して１２０秒以内に５００℃から３５０℃以下に冷却することができる。このため、３５０℃以下に冷却したアルミニウムダイカスト製品を溶体化処理工程の後１２０秒以内に焼入れすることが可能となり、高い強度を有し、熱処理歪みの量が±０．５ｍｍ以下の寸法精度の高いダイカスト製品を、優れた量産性をもって生産することができる。
【００５８】
また、熱処理後の機械的性質のばらつきが大きくなることを防止することができる。また、アルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を行うために連続炉のような大がかりな設備を必要とせず、設備投資と設置面積とにおいて有利である。更に、Ｐｂ−Ｂｉ等を用いる必要がないため、安価でアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を行うことができる。
【００５９】
次に、第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法の効果を試す試験を行った。試験では、本発明材３、本発明材４、本発明材５、本発明材６、比較材４の５種類、それぞれ５つずつ計２５個を用いて、変位量の測定と引張試験と行った。変位量の測定は本発明材３と比較材４とを用いて行い、引張試験は本発明材４、本発明材５、本発明材６、及び比較材４を用いて行った。
【００６０】
本発明材３としては、６０６１合金の圧延板からなる厚さ２ｍｍ、直径１５０ｍｍの円盤形状の製品を５枚用意し、１０ｍｍ間隔で平行に並べたまま、第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法のうちの人工時効工程のみを有しない熱処理方法、即ち、第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法のうちの溶体化処理工程と冷却工程と焼入れ工程とを行う熱処理方法を行ったものを用いた。
【００６１】
なお、本発明材３について人工時効工程を行わないのは、本発明材３は変位量の測定の試験にのみに用いられ、引張試験等の機械的特性を調べる試験に用いられず、人工時効工程の有無は、アルミニウムダイカスト製品の変位量にはほとんど影響を与えないからである。また、本発明材３はアルミニウムダイカスト製品ではないが、変位量の測定の試験においては、６０６１合金の圧延板を使用してもアルミニウムダイカスト製品を使用しても、変位量はほとんど同じであるため、安価な６０６１合金の圧延板をアルミニウムダイカスト製品に代えて使用した。
【００６２】
また、本発明材４〜本発明材６としては、本発明材１と同一組成のアルミニウム合金を用いて、厚さ３ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ３００ｍｍの略長方形状の平板のアルミニウムダイカスト製品を鋳造したものを、その長さ方向に１０ｍｍずつ、本発明材４用、本発明材５用、本発明材６用としてそれぞれ５個ずつ計１５個切取り、この切取ったものについて、第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を行ったものを用いた。
【００６３】
本発明材３〜本発明６を製造するために行われたアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、より詳細には図１０及び図１１に示されるように、アルミニウムダイカスト製品に対して溶体化炉で５００℃、３時間の溶体化処理工程を行った後、雰囲気温度２５０℃に保った冷却装置たる中間炉としての流動層炉内に移し、その中で７秒間保持することにより冷却工程を行った。流動層炉のレトルトのサイズは直径２５０ｍｍ、深さ３００ｍｍである。レトルトには１５０ｋｇのアルミナ粉末を充填した。アルミ粉末の粒度は＃１５０である。分散板から吹込むガスは大気として、８６Ｌ（リットル）／ｍｉｎの流量を流した。
【００６４】
その後、流動層炉から製品を取り出して６０℃の温水中に焼入れることにより焼入れ工程を行った。温水中に焼入れる直前の製品の温度は３５０℃であった。そして、焼入れ工程の後、時効炉で１４０℃、３時間の人工時効工程を行った。以上が本発明材４を製造する際に行われる熱処理方法である。本発明材５、本発明材６は、人工時効工程における時効炉の温度がそれぞれ１６０℃、１８０℃である点のみ本発明材４とは異なっており、これ以外は本発明材４と同一である。また、前述のように、本発明材３を製造するために行われた熱処理方法は、人工時効工程が行われない点のみが、本発明材４を製造するために行われた熱処理方法とは異なる。
【００６５】
比較材４としては、本発明材４〜本発明材６と同一組成のアルミニウム合金を用いて、本発明材３、本発明材４〜本発明材６とそれぞれ同一形状のアルミニウムダイカスト製品を鋳造し、第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法とは異なる熱処理方法を行ったものを用いた。熱処理方法における第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法との相違点は、（１）溶体化処理工程の後に、冷却工程を行わずに焼き入れ工程を行った点、及び、（２）焼入れ工程の後、時効炉で１３０℃、３時間の人工時効工程を行った点のみであり、図１２に示されるとおりである。
【００６６】
変位量の測定は、本発明材３、比較材４の任意に選んだ外周部１カ所における変位量と中心部における変位量とを、板の面に垂直な方向において測定した。測定した製品の数は、本発明材３、比較材４の２種類、それぞれ５つずつ計１０個全てである。各条件での当該外周部における変位量と中心部における変位量との差の値を表６に示す。
【表６】
2005200702.tif 000008
【００６７】
表６に示されるように、比較材４の変位量の平均値は５．５２ｍｍである。これに対して本発明材３では、変位量の平均値は０．２０ｍｍと小さく、極めて高い寸法精度を得ていることが分かる。
【００６８】
また、引張試験は、上述の本発明材４、本発明材５、本発明材６、比較材４の４種類の熱処理材から、第１の実施の形態における引張試験で用いた試験片と同一形状で切出した試験片を用いて、第１の実施の形態における引張試験と同様にインストロン型試験機を用いて行った。なお、歪み速度は５ｍｍ／ｍｉｎで室温で測定した。試験結果は、表７に示されるとおりであり、試験結果の数値は、本発明材４、本発明材５、本発明材６、比較材４の４種類、それぞれ５つずつ計２０個について測定を行った値の、各種類における平均値である。
【表７】
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【００６９】
表７に示されるように、本発明材４〜本発明６は、引張強度、０．２％耐力、破断延びのいずれにおいても車体フレーム等に必要とされる機械的性質を備えている。
【００７０】
本発明によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法では、冷却装置として、中間炉、流動層炉、鉛ビスマス合金融液が入った液体浴槽が用いられたが、これらに限定されない。例えば、スティームを媒体として冷却を行う冷却装置を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法は、特に、アルミニウムダイカスト製品に対してＴ６処理を行う熱処理の分野において極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】焼入れ時のアルミニウムダイカスト製品の温度とアルミニウムダイカスト製品の変位量との関係を示したグラフ。
【図２】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなるアルミニウムダイカスト製品の、焼入遅れ時間と時効処理後の硬さとの関係を示すグラフ。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を示す概略図。
【図４】本発明材１を製造するために行われた第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法における経過時間と温度との関係を示す概略図。
【図５】比較材１、比較材２を製造するために行われたアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法における経過時間と温度との関係を示す概略図。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法の効果を試す引張試験に用いられる本発明材１、比較材１、比較材２の形状及び寸法を示す正面図。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を示す概略図。
【図８】本発明材２を製造するために行われた第２の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法における経過時間と温度との関係を示す概略図。
【図９】比較材３を製造するために行われたアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法における経過時間と温度との関係を示す概略図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法を示す概略図。
【図１１】本発明材４〜本発明材６を製造するために行われた第３の実施の形態によるアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法における経過時間と温度との関係を示す概略図。
【図１２】比較材４を製造するために行われたアルミニウムダイカスト製品の熱処理方法における経過時間と温度との関係を示す概略図。
【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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