(57)【要約】【課題】Ｔ６の熱処理のように単に高温下に保持するだけの熱処理よりも効果的であるアルミニウム合金の強化方法を提供する。【解決手段】時効硬化型のアルミニウム合金からなる被処理材を時効硬化温度に加熱保持するアルミニウム合金の強化方法であって、前記被処理材または該被処理材と同じアルミニウム合金の試験片を時効硬化温度に加熱保持して時効硬化させたときにはじめて硬さが上昇する第一硬化領域に対応する時期に、該被処理材の少なくとも一部を塑性変形させる変形工程を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時効硬化型のアルミニウム合金からなる被処理材を時効硬化温度に加熱保持するアルミニウム合金の強化方法において、
前記被処理材または該被処理材と同じアルミニウム合金の試験片を時効硬化温度に加熱保持して時効硬化させたときにはじめて硬さが上昇する第一硬化領域に対応する時期に、該被処理材の少なくとも一部を塑性変形させる変形工程を含むことを特徴とするアルミニウム合金の強化方法。
【請求項２】
前記変形工程は、前記被処理材を時効硬化温度に加熱保持する時効硬化処理の前後で歪みの割合が５％以下となるように該被処理材を塑性変形させる微小変形工程である請求項１に記載のアルミニウム合金の強化方法。
【請求項３】
前記被処理材を塑性変形させる応力は、前記被処理材と同じアルミニウム合金の０．２％耐力以上３００ＭＰａ以下である請求項１または２に記載のアルミニウム合金の強化方法。
【請求項４】
前記変形工程は、前記被処理材を塑性変形させた後、さらにクリープさせる応力緩和処理工程である請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金の強化方法。
【請求項５】
前記被処理材は、ダイカスト鋳物である請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金の強化方法。
【請求項６】
さらに、前記被処理材に対してあらかじめ溶体化熱処理を行う請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金の強化方法。
【請求項７】
前記時効硬化温度は、１５０〜２２５℃である請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金の強化方法。
【請求項８】
前記第一硬化領域は、G.P.ゾーンが形成される領域に含まれる請求項１〜７のいずれかに記載のアルミニウム合金の強化方法。
【請求項９】
前記アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金およびＡｌ−Ｌｉ系合金のいずれかである請求項１〜８のいずれかに記載のアルミニウム合金の強化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金材料の機械的強度を向上させるために行う処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は、軽量化の観点から航空機材料や車両材料などとして広く用いられつつある。しかしながら、アルミニウム合金は、鋳造後の鋳放しの状態では、たとえば機械的強度が充分ではない。そのため、鋳造後のアルミニウム合金鋳物に対して種々の処理を施して、強化を行っている。
【０００３】
一般に、アルミニウム合金の機械的特性を向上させる方法の一つとして、いわゆるＴ６（調質記号）の熱処理がある。Ｔ６の熱処理とは、アルミニウム合金を固溶体の溶解度曲線より高い温度に加熱して溶質原子を均一に分布させてから低温に急冷する溶体化熱処理、その後、２相領域に加熱して微細な析出物（クラスタ）の集合体（G.P.ゾーン）を形成させて硬化させる時効硬化処理、を経て行われる。たとえば、特許文献１に記載のように、Ａ６０６１（ＪＩＳ）アルミニウム合金からなる鋳物を５４０℃に保持してから水焼き入れ後、１８０℃で５時間の時効硬化処理を行う。特許文献１に記載の熱処理方法では、溶体化熱処理の前または溶体化熱処理と時効硬化処理との間に、温間鍛造を行っている。
【０００４】
ところが、鋳造のなかでも特にダイカストは、アルミニウム溶湯を高速で型内に注入するため、空気を巻き込み易い。そのため、得られる鋳物には空隙が鋳巣として残存する。そのような鋳物が溶体化熱処理において高温（通常４５０〜５５０℃）に曝されることで、その空隙が膨張してブリスターと呼ばれる内部欠陥を形成することが知られている。
【０００５】
上記の問題点に対しては、ベリリウム（Ｂｅ）等の合金元素を添加する（特許文献２）、鋳造の際に超高圧を付与する（特許文献３）、などして鋳造時の鋳巣の発生を抑制することができる。
【０００６】
また、特許文献４では、アルミニウム合金鋳物の表面をアークにより再溶融させてから急冷凝固させて、金属組織を微細化して表層を部分的に強化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１９６００９号公報
【特許文献２】特開平８−１１７９４６号公報
【特許文献３】特開２００８−５２５６２９号公報
【特許文献４】特開２００３−  ７３７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしＢｅは、希少で高価な元素であり毒性も心配されるため、合金元素としての使用は避けられる傾向にある。また、超高圧で鋳造を行うには、特殊な装置が必要となり、既存の一般的な設備を使用することができない。つまり、Ｔ６の熱処理は、一般的に鋳物に対しては行われていないのが実状である。
【０００９】
さらに、アルミニウム合金は、ダイカストにより最終製品に近い形状に鋳造されることが多い。そのため、膨張したり溶融させたりといった寸法変化を伴うような処理を行うのは、生産工程上都合がよいとは言えない。つまり、ダイカストにより鋳造されたアルミニウム合金鋳物に対して適用できる適切な強化方法は、これまで無かった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、Ｔ６の熱処理のように単に高温下に保持するだけの熱処理よりも効果的であるアルミニウム合金の強化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】
【００１１】
すなわち、本発明のアルミニウム合金の強化方法は、時効硬化型のアルミニウム合金からなる被処理材を時効硬化温度に加熱保持するアルミニウム合金の強化方法において、
前記被処理材または該被処理材と同じアルミニウム合金の試験片を時効硬化温度に加熱保持して時効硬化させたときにはじめて硬さが上昇する第一硬化領域に対応する時期に、該被処理材の少なくとも一部を塑性変形させる変形工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
なお、本発明のアルミニウム合金の強化方法は、さらに、前記被処理材に対してあらかじめ溶体化熱処理を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアルミニウム合金の強化方法によれば、仮に溶体化熱処理の工程を省略しても、一般的なＴ６の熱処理をしたアルミニウム合金と同程度の機械的強度（特に硬さ）が得られる。特に、被処理材に対して溶体化熱処理を施した場合には、Ｔ６の熱処理をしたアルミニウム合金以上の機械的強度が得られることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】アルミニウム合金（ＡＤＣ１２（ＪＩＳ））からなる鋳放し材を１６０℃で時効硬化処理（変形工程を含まない）したときの時効硬化曲線である。
【図２】アルミニウム合金（ＡＤＣ１２（ＪＩＳ））からなる鋳放し材を溶体化熱処理した後に１６０℃で時効硬化処理（変形工程を含まない）したときの時効硬化曲線である。
【図３】変形工程（応力緩和処理工程）を含む時効硬化処理について、被処理材に付与された応力履歴を示す図である。
【図４】異なる処理が施されたアルミニウム合金鋳物のビッカース硬さを示すグラフである。
【図５】異なる処理が施されたアルミニウム合金鋳物のビッカース硬さを示すグラフであって、はじめに溶体化処理を行った場合のビッカース硬さを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明のアルミニウム合金の強化方法を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「ｘ〜ｙ」は、下限ｘおよび上限ｙをその範囲に含む。また、その数値範囲内において、本明細書に記載した数値を任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。
【００１６】
本発明のアルミニウム合金の強化方法は、時効硬化型のアルミニウム合金からなる被処理材を時効硬化温度に加熱保持する。そして、被処理材を加熱保持している間の特定のタイミングで、被処理材の少なくとも一部を塑性変形させる変形工程を行う。この強化方法のメカニズムは明らかではないが、およそ以下のようであると推測される。
【００１７】
アルミニウム合金は、面心立方（ＦＣＣ）構造である。そのため、アルミニウム合金の塑性変形は、ＦＣＣ構造の最密面である｛１１１｝面に沿ってすべることで起こる。一方、アルミニウム合金の時効硬化は、（１００）面にG.P.ゾーンが形成されることで析出硬化する。本発明者等は、鋭意研究の結果、このG.P.ゾーンを、アルミニウム合金のすべり面である｛１１１｝面に強制的に形成させることで、｛１１１｝面が析出硬化されて時効硬化処理によりもたらされる効果を向上させられる可能性があることに想到した。
【００１８】
そこで、本発明の強化方法では、金属材料の格子欠陥の存在する箇所で析出が起こりやすいことを利用する。図１のグラフは、時効硬化曲線の一例である。アルミニウム合金を高温時効（「人工時効」ともいう）すると、しばらくは初期の硬さをほぼ維持するが、ある時間を境に時間に対する硬さの傾きが大きくなり、硬さが上昇する。硬さが上昇する時間帯は、クラスタが析出してG.P.ゾーンが形成されていると考えられる。そこで、この時間帯に被処理材を塑性変形させることで｛１１１｝面に沿ってすべらせれば、歪が生じた｛１１１｝面に優先的にクラスタを析出させて｛１１１｝面にG.P.ゾーンを形成させることができると思われる。すべり面で析出硬化させることで、アルミニウム合金を従来よりも強化できると推測される。
【００１９】
したがって、本発明の強化方法によれば、上記のごとく、すべり面である｛１１１｝面にG.P.ゾーンが形成され強化された結果、アルミニウム合金を効率よく強化することが可能となる。本発明の強化方法は、必ずしも溶体化処理を行う必要が無く、アルミニウム合金の高温時効と同程度の温度条件で行うことができるため、Ｔ６の熱処理に比べて低温での強化処理も可能になると言える。
【００２０】
ところで、アルミニウム合金の組成によっては、図１に示すグラフのように、硬さが急激に上昇する時間帯が二度出現するものもある。便宜上、はじめを「第一硬化領域」、次を「第二硬化領域」と呼ぶが、応力を付与しない従来の時効硬化処理では、第一硬化領域において（１００）面にG.P.ゾーン（特に「G.P.（１）ゾーン」と呼ばれる）が形成され、引き続き、同一の（１００）面にてG.P.ゾーン（１）ゾーンがさらに成長したG.P.ゾーン（特に「G.P.（２）ゾーン」と呼ばれる）が形成される。一旦G.P.（１）ゾーンが（１００）面に形成されると、その後に形成されるG.P.（２）ゾーンを｛１１１｝面に形成することが困難となる。そのため、G.P.ゾーンを｛１１１｝面に効率よく形成させるためには、少なくとも第一硬化領域において被処理材を塑性変形させることが必要であると推測される。
【００２１】
以下に、被処理材および変形工程について説明する。
【００２２】
＜被処理材＞
本発明の強化方法は、時効硬化型のアルミニウム合金からなる被処理材に対して効果を発揮する。なお、ここでの時効硬化は、過飽和固溶体を２相領域に加熱することによって起こる高温時効（または人工時効）である。室温放置で硬化する室温時効（あるいは自然時効）は含まない。
【００２３】
時効硬化型のアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系およびＡｌ−Ｌｉ系などが挙げられる。また、Ｓｉを７．５〜１８質量％程度含むダイカスト用アルミニウム合金、たとえば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系およびＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系などが挙げられる。
【００２４】
特に、ＪＩＳで規定されているＡＤＣ１２（一般用アルミニウム合金ダイカスト）は、現在、最も多く（ダイカスト用アルミニウム合金の９割以上）使用されているアルミニウム合金であり、本発明の強化方法により強化可能である。ＡＤＣ１２およびこれと物性が類似するＡＤＣ１２Ｚの具体的な組成は、アルミニウム合金全体を１００質量％としたときに、１．５〜３．５質量％のＣｕ、９．６〜１２質量％のＳｉ、０．３質量％以下のＭｇ、３．０質量％以下さらには１．０質量％以下のＺｎ、１．３質量％以下のＦｅ、０．５質量％以下のＭｎ、０．５質量％以下のＮｉ、０．２質量％以下のＳｎ、残部Ａｌおよび不可避不純物である。なお、本発明は、ＡＤＣ１２またはＡＤＣ１２Ｚに対してＬｉ等の改質元素を３質量％以下添加したアルミニウム合金（これ以下「ＡＤＣ１２を基本組成としたアルミニウム合金」と略記）に対しても好適である。
【００２５】
被処理材の形状に特に限定はないが、本発明の強化方法は、後述のように処理の前後の寸法変化を抑制できるため、ダイカストによりニアネットシェイプあるいはネットシェイプに製造された部材に対して、好適である。また、焼結体に対しても同様の効果が得られると考えられる。
【００２６】
被処理材の具体例としては、自動車部品向けとして、エンジンピストン、コンプレッサピストンなどが挙げられる。また、本発明の強化方法によれば、大型部品の一部を部分的に強化することも可能である。たとえば、エンジンブロック、コンプレッサのハウジングなどの強化に好適である。
【００２７】
＜変形工程＞
変形工程は、時効硬化温度に加熱保持された被処理材の少なくとも一部を塑性変形させる工程である。被処理材の塑性変形は、強制的な変形を伴わない通常の時効硬化処理における第一硬化領域にて行われる。つまり、変形工程は、通常の時効硬化処理のある一定の時間帯で行われる工程である。第一硬化領域とは、アルミニウム合金を時効硬化させたときにはじめて硬さが上昇する領域であって、時効硬化曲線（処理時間に対する硬さの変化）から規定するとよい。
【００２８】
一般的に、アルミニウム合金の時効硬化曲線は、時間の経過に伴い硬さの値が増加するが、時効硬化温度に加熱保持し始めてからしばらくの間は、時間が経過しても硬さがほとんど変化しない鈍化領域である。ある時間を過ぎると、硬さが著しく高まる第一硬化領域が現れる。第一硬化領域の開始点は、時効硬化曲線の最初の明確な折れ曲がり点として特定できる。この点が、G.P.ゾーンの形成が開始する点に相当する。そして再び、時間が経過しても硬さがほとんど変化しない鈍化領域が現れる。したがって、第一硬化領域の終了点は、時効硬化曲線の二つ目の明確な折れ曲がり点として特定できる。
【００２９】
なお、アルミニウム合金の時効硬化曲線は、合金組成に応じて形状が異なる。また、時効硬化される前に施された処理の有無によっても第一硬化領域が現れる時間が異なることがある。そのため、被処理材の第一硬化領域を規定する場合には、被処理材を構成するアルミニウム合金と同じアルミニウム合金からなる試験片の時効硬化曲線を作成するとよい。つまり、組成はもちろん、時効硬化処理前に溶体化熱処理などを施す場合には、試験片に対しても同様の処理を施しておくとよい。さらに、少なくとも強化する部位と同じ形状の試験片を用いると、より正確に第一硬化領域が得られる。また、時効硬化温度によっても時効硬化曲線の形状が異なるため、被処理材の保持温度と同じ温度で試験片を処理するとよい。本明細書では硬さの定義としてビッカース硬さ（Ｈｖ）を使用するが、これに限定されるものではない。
【００３０】
上述の通り第一硬化領域の時間帯は、アルミニウム合金の組成および時効硬化処理前に受けた処理に応じて異なるため、一概に規定することは困難である。アルミニウム合金がＡＤＣ１２を基本組成としたアルミニウム合金であれば、被処理材の表面温度が時効硬化温度に達したときを基準（０分）として、３５〜９０分、４０〜９０分さらには４５〜８０分が好ましい。
【００３１】
変形工程は、被処理材が上記の第一硬化領域にある時間帯に、被処理材の少なくとも一部を塑性変形させる。変形工程より前、さらには第一硬化領域に対応する時期より前であっても被処理材は時効硬化温度に加熱保持されているが、その間は、被処理材に応力が付与されていても付与されていなくても、いずれでもよい。
【００３２】
第一硬化領域で付与する応力は、引張応力であっても圧縮応力であってもよい。いずれにしても被処理材が塑性変形しさえすればよいため、付与する応力は、被処理材を構成するアルミニウム合金の０．２％耐力以上であればよい。特に、アルミニウム合金がＡＤＣ１２を基本組成としたアルミニウム合金であれば、１５０〜３００ＭＰａ、１７０〜２７５ＭＰａさらには１９０〜２５０ＭＰａが好ましい。時効硬化処理の前後の歪みの割合で規定すれば、５％以下、４％以下、２％以下さらには１％以下となるように被処理材を微小に塑性変形させるのが望ましい。つまり、処理前後の被処理材の寸法変化を最小限に抑制できる。なお、歪みの割合は、応力を付与した方向について、処理前の被処理材に対する被処理材が変形した変形量の割合として算出することができる。
【００３３】
応力を付与する方法に特に限定はなく、被処理材の形状に応じて適宜選定すればよい。被処理材を、その形状に応じた治具で挟み込んだ状態で応力を付与する方法が、最も簡便である。治具により応力を付与する方法であれば、応力の方向制御がしやすい。また、空気圧または油圧により応力を付与する方法であってもよい。その場合、圧力を制御することで歪変位を維持してもよい。空気圧または油圧を用いる場合には、たとえば、シリンダーを作製し、そのシリンダーの中で被処理材を圧縮したり、シリンダーのピストンを固定して被処理材を圧縮状態に保持したり、などしてもよい。
【００３４】
変形工程は、被処理材を塑性変形させた後、さらにクリープさせる応力緩和処理工程であってもよい。第一硬化領域において被処理材を塑性変形させて引き続きクリープさせればよいが、クリープは、第一硬化領域で開始してもよいし、第一硬化領域の終了後に開始してもよい。第一硬化領域にて塑性変形した被処理材をクリープさせるためには、応力緩和させる。被処理材に対して付与する応力を低減させて強制的に応力を緩和させてもよい。あるいは、被処理材に対して与えられた歪変位を一定に維持すれば、クリープにより自ずと応力緩和する。被処理材のクリープは完全に除荷、すなわち応力を０ＭＰａとすることで終了するが、第一硬化領域が終了する前に除荷してもよいし、第一硬化領域の終了まで続けてもよいし、時効硬化処理の終了まで続けてもよい。特に好ましいのは、塑性変形もクリープも少なくとも第一硬化領域にて行う形態である。
【００３５】
また、被処理材に応力を付与しはじめてから被処理材が弾性変形を経て塑性変形するまでの時間にも限定はない。しかし、急激に変形させると被処理材が破損する場合があり、変形の速度が遅すぎると第一硬化領域において塑性変形に至らない場合がある。そのため、歪み速度で１×１０−３〜３×１０−５／秒さらには１×１０−４〜３×１０−４／秒で被処理材に応力を付与するのが望ましい。
【００３６】
なお、時効硬化温度は、従来からアルミニウム合金の時効硬化処理に用いられる温度域であればよく、１００〜２５０℃さらには１６０〜２２０℃が好適である。特に、アルミニウム合金がＡＤＣ１２を基本組成としたアルミニウム合金であれば、１６０〜２２０℃が好ましい。また、被処理材の加熱保持時間（時効硬化処理の処理時間）は、１００分以上、１２０分以上さらには１５０分以上が望ましい。既に述べた通り、第一硬化領域は、被処理材の加熱保持の開始から３０〜９０分あたりに出現するため、被処理材の加熱保持時間が１００分未満では応力緩和処理を十分に行えない可能性がある。一方、長時間の加熱保持は、過時効の原因となるため望ましくない。したがって、強化の効果が最も高くなる時間で加熱保持を停止すべきであり、１５時間以下、１２時間以下さらには１０時間以下が望ましい。
【００３７】
時効硬化処理の終了後は、応力が開放された状態で被処理材を冷却する。被処理材の加熱保持温度が比較的低温であるため、冷却方法に特に限定はない。ただし、過時効、急冷などによる残留応力の発生を防ぐため、−０．３〜−２℃／秒さらには−０．５〜−１．５℃／秒の速度で冷却するのが好ましい。
【００３８】
＜その他の処理＞
本発明の強化方法は、上記のように１００〜２５０℃程度の比較的低温であってもアルミニウム合金の強化が可能であるが、時効硬化処理前の被処理材を溶体化熱処理してもよい。溶体化熱処理は、従来からアルミニウム合金の溶体化熱処理に用いられる温度域で行われればよく、５００〜５３５℃で４〜１０時間保持、その後−１０００〜−１００℃／秒さらには−５００〜−２００℃／秒の速度で急冷するとよい。特に、アルミニウム合金がＡＤＣ１２を基本組成としたアルミニウム合金であれば、４７０〜５３０℃で８〜１０時間保持、その後−５００〜−２００℃／秒の速度で急冷するのが好ましい。
【００３９】
ただし、前述の通り、被処理材の組成や鋳造方法によっては、溶体化熱処理によりブリスターが発生することもある。そのため、溶体化熱処理は、多少のブリスターの発生が許容される被処理材、鋳物ではない被処理材、鋳物であっても鋳巣が低減された被処理材、などに対して行うのが望ましい。
【００４０】
＜アルミニウム合金部材の作製方法＞
本発明のアルミニウム合金の強化方法を用い、少なくとも一部が強化されたアルミニウム合金部材を作製することができる。すなわち、時効硬化型のアルミニウム合金からなる被処理材を鋳造する鋳造工程と、該被処理材に対して上記の変形工程を含む時効硬化処理を行う時効硬化処理工程と、必要に応じて、鋳造工程の後かつ時効硬化処理工程の前に上記の溶体化熱処理工程、を経てアルミニウム合金部材が得られる。
【００４１】
以上、本発明のアルミニウム合金の強化方法の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００４２】
以下に、本発明のアルミニウム合金の強化方法の実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。
【００４３】
＜試験片の作製＞
試験片として、ダイカスト用アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）からなる角柱（寸法は５ｍｍ×５ｍｍ×高さ１５ｍｍ）の鋳造材を、複数個準備した。そのうちの数個の試験片に対し、溶体化熱処理を行った。溶体化熱処理は、大気中５００℃で１０時間保持し、その後、水焼き入れした。
【００４４】
＜０．２％耐力の測定＞
ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて圧縮試験を行い、１６０℃における０．２％耐力を測定した。１６０℃におけるＡＤＣ１２の０．２％耐力は、鋳放し材で２２０ＭＰａ、溶体化熱処理後で１６０ＭＰａ、であった。
【００４５】
＜時効硬化曲線の作成＞
はじめに、ＡＤＣ１２の時効硬化曲線から第一硬化領域を求めた。上記の鋳放しの試験片および溶体化熱処理を行った試験片を、それぞれ、１６０℃の大気中に放置して熱処理を行った。試験片の表面温度が１６０℃になった時間を熱処理開始時間とし、熱処理開始時間から所定の時間経過したら試験片を取り出し、室温（２５℃）にて空冷後、ビッカース硬さを測定した。結果を図１および図２に示した。
【００４６】
図１より、鋳放しの試験片の第一硬化領域は熱処理開始から４０〜９０分の時間帯にあることがわかった。G.P.（１）ゾーンは熱処理開始から４０分後に形成されはじめ、G.P.（２）ゾーンは熱処理開始から２００分後に形成されはじめたと推測された。
【００４７】
また、図２より、溶体化熱処理を行った試験片の第一硬化領域は熱処理開始から３５〜９０分の時間帯にあった。G.P.（１）ゾーンは熱処理開始から３５分後に形成されはじめ、G.P.（２）ゾーンは熱処理開始から２００分後に形成されはじめたと推測された。
【００４８】
＜実施例１＞
上記の鋳放しの試験片を被処理材として用い、以下の手順により応力緩和処理工程を含む時効硬化処理を行い、評価試験用の試料＃０１〜＃０４を作製した。処理前に、マイクロメータを用いて各試験片の高さを一つ毎に３箇所測定し、平均の高さＬを求めた。結果を表１に示した。
【００４９】
時効硬化処理は、電気炉を備える試験機（島津製作所製引張圧縮試験機オートグラフ）を用い、１６０℃の大気中にて行った。はじめに、試験機の試料台に、試験片を載置した。電気炉により試験片を１６０℃まで昇温し、所定の時間になったら試験片の高さ方向に対して圧縮応力を付与した。図３に、時間の経過に伴う試験片に付与した応力の履歴を示した。応力履歴は、オートグラフ付属のロードセルにより測定した。なお、図３の試験時間とは、熱処理開始からの経過時間であって、試験片の表面温度が１６０℃になった時間を熱処理開始時間とした。
【００５０】
具体的には、＃０１では、熱処理開始から４０分後に歪み速度１．７×１０−４／秒で応力の付与を開始し、４５分後の応力が０．２％耐力に達し、試験片の塑性変形がはじまった。応力が表１に示す最大値に達した直後、試験片の歪変位（すなわち高さ）を一定に保ち、試験片を一定時間クリープさせた。熱処理開始から８０分後に除荷し、無加圧で電気炉内で時効を続けた。熱処理開始から１０時間後に試験片を電気炉から取り出し、室温にて空冷した。
【００５１】
＃０２では、＃０１に行われた処理に対して、応力の最大値を変更した。＃０３では、＃０１に行われた処理に対して、応力の最大値を変更するとともに、G.P.（２）ゾーンが形成されはじめるまで試験片をクリープさせて、熱処理開始から２００分後のG.P.（２）ゾーンが形成されはじめる時点に再び塑性変形をさせて直ちに除荷した。
【００５２】
また、＃０４では、熱処理開始から応力を付与し、５分後の応力が０．２％耐力に達し、試験片の塑性変形がはじまった。応力が表１に示す最大値に達した直後、試験片の歪変位を一定に保ち、試験片を一定時間クリープさせた。さらに、４０分後に再び加圧し、応力が表１に示す最大値に達した直後、試験片の歪みを一定に保ち、試験片を一定時間クリープさせた。熱処理開始から１０００分後に除荷し、室温にて空冷した。
【００５３】
なお、図１には熱処理開始から４０分後のＨｖ値が明示されていないため、本発明者等は、時効硬化曲線の作成時に行った測定とは別の測定より、４０分後の硬さの上昇を改めて確認した。そのため、実施例１では、熱処理開始から４０分後または４５分後に試験片を塑性変形させた。
【００５４】
＜実施例２＞
上記の溶体化熱処理後の試験片を被処理材として用い、以下の手順により処理を行い、評価試験用の試料＃１１を作製した。処理前に、マイクロメータを用いて試験片の高さを３箇所測定し、平均の高さＬを求めた。結果を表１に示した。
【００５５】
溶体化熱処理を施した試験片に対し、応力緩和処理工程を含む時効硬化処理を行った。応力緩和処理は、熱処理開始から３５分後に応力の付与を開始し、４０分後の応力が０．２％耐力に達し、試験片の塑性変形がはじまった。応力が表１に示す最大値に達した直後、試験片の歪変位を一定に保ち、試験片を一定時間クリープさせた。熱処理開始から９０分後に除荷し、無加圧で電気炉内で時効を続けた。熱処理開始から１０時間後に試験片を電気炉から取り出し、室温にて空冷した。
【００５６】
なお、図２には熱処理開始から４０分後のＨｖ値が明示されていないため、本発明者等は、時効硬化曲線の作成時に行った測定とは別の測定より、４０分後の硬さの上昇を改めて確認した。そのため、実施例２では、熱処理開始から４０分後に試験片を塑性変形させた。
【００５７】
＜比較例＞
比較例として、鋳放しの試験片に１６０℃で１０時間の時効硬化処理（応力緩和処理工程を含まない）を行った試料＃０ｃ、鋳放しの試験片に溶体化熱処理のみを行った試料＃１０、および、試料＃１０にさらに１６０℃で１０時間の時効硬化処理（応力緩和処理工程を含まない）を行った試料＃１ｃ、を準備した。つまり、試料＃１ｃに施された処理は、いわゆるＴ６の熱処理であった。なお、鋳放しの試験片（つまり溶体化熱処理も時効処理もされていない試験片）を＃００とした。
【００５８】
＜評価＞
＜１．ビッカース硬さ測定＞
ビッカース硬度計を用いて、試験荷重１０ｋｇｆのもと、各試料の断面の硬さを測定し、試料内部の硬さを測定した。結果を表１、図４および図５に示した。
【００５９】
Ｔ６の熱処理（試料＃１ｃ）では、鋳放しの状態（試料＃００）でＨｖ９７であった硬さが、Ｈｖ１３０まで向上した。しかし、試料＃１０、＃１１および＃１ｃは、溶体化熱処理において高温で保持されたため、ブリスターが発生し、外観が劣化し、寸法精度も低下した。この溶体化熱処理を省略した＃０ｃでは、硬さの向上はＨｖ１１７に留まった。
【００６０】
＃０１〜＃０４の試料は、溶体化熱処理が施されていないが、応力緩和処理を行ったことでＨｖ１２５〜１２７を示した。これは、適切なタイミングで適切な大きさの応力が試験片に付与されたからである。つまり、第一硬化領域に対応する時期に、使用したアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）の０．２％耐力（２２０ＭＰａ）より高い応力を試験片に与えたことで、その応力が大きな塑性変形を与える程ではない２３０〜２７０ＭＰａ程度であっても、試験片は効果的に強化された。
【００６１】
＃０３では、第一硬化領域に加えて、G.P.（２）ゾーンが形成される第二硬化領域においても試験片を塑性変形およびクリープさせたが、強化の度合は＃０１および＃０２と同等であった。また、＃０４では、第一硬化領域以前にも試験片を塑性変形およびクリープさせたが、強化の度合は＃０１および＃０２と同等であった。つまり、第一硬化領域において応力緩和処理を行いさえすれば、アルミニウム合金は強化されることがわかった。
【００６２】
また、時効硬化処理に先立って溶体化熱処理を行った試料＃１１は、試料＃０１〜＃０４および＃１ｃよりもさらに高い硬さを示した。したがって、溶体化熱処理と時効硬化処理中の応力緩和処理との相乗効果により、被処理材の強度を大きく向上させられることがわかった。
【００６３】
なお、＃０１〜＃０４の試料には溶体化熱処理が施されていないため、＃１１よりも硬さが若干低かったが、ブリスターは発生しなかった。
【００６４】
＜２．歪み量の測定＞
マイクロメータを用いて各試料の高さを一つ毎に３箇所測定し、平均の高さＬ’を求めた。そして、処理前後の歪み量の割合を、式：（Ｌ−Ｌ’）／Ｌ×１００より算出した。結果を表１に示した。
【００６５】
応力緩和処理にて圧縮応力を付与された試料＃０１〜＃０４は、歪み量の割合が４％以下さらには２％以下であり、処理前後の寸法変化は僅かであった。さらに、溶体化熱処理を行った試料＃１１では、歪み量の割合が１％以下であってもＴ６の熱処理を行った試料＃１ｃを超える強度を示した。すなわち、本発明の強化方法によれば、被処理材の強化には、僅かな歪（つまり応力）を付与するだけでよいことがわかった。
【００６６】
【表１】
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【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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