(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽合金製部材の表面部に回転工具を押し込みつつ、該回転工具を回転させることにより上記表面部に摩擦撹拌処理による改質層を形成する
軽合金製部材の表面処理方法であって、
上記軽合金製部材をアルミ合金製部材に設定し、
上記アルミ合金製部材の鋳造後、溶体化処理および時効処理を施した後に、
１５０〜２００℃の範囲の温度条件で上記アルミ合金製部材を加熱する予熱処理を行ない、その後、上記摩擦撹拌処理を施す
軽合金製部材の表面処理方法。
【請求項２】
上記予熱処理の時間は５〜１５分の範囲に設定された
請求項１記載の軽合金製部材の表面処理方法。
【請求項３】
上記軽合金製部材はエンジンのシリンダヘッドに設定され、
上記改質層を吸排気口間に形成する
請求項１〜２の何れか１に記載の軽合金製部材の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軽合金製部材の表面部に回転工具を押し込みつつ、該回転工具を回転させることにより上記表面部に摩擦撹拌処理による改質層を形成して、機械的特性および熱疲労強度の向上を図るような軽合金製部材の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミ合金、マグネシウム合金などの軽合金からなる軽合金製部材（いわゆるワーク）の表面処理方法としては、図１４に示すように加工装置に装着されて高速で回転する回転工具８０のプローブ８１を上記ワーク８２の表面部８２ａに押込みつつ、ショルダ部８３で表面部８２ａを押圧し、このような押圧状態を保ちながら回転工具８０を表面に沿って移動させることで、ワーク８２の表面およびその近傍領域を改質して、改質層８４を形成し、機械的特性、特に、熱疲労強度の向上を図る、所謂、摩擦撹拌処理が知られている。
【０００３】
例えば、特開２０００−１５４２６号公報には、エンジンのアルミ合金製シリンダヘッドのシリンダブロックに対するシール面（合わせ面）の表面処理に、上述のような摩擦撹拌処理を適用することが開示されている。
【０００４】
また、特開２００１−３２０５８号公報には、ディーゼルエンジンのアルミ合金製のシリンダヘッドにおける燃焼室構成面に上述の如き摩擦撹拌処理を適用することが開示されている。
【０００５】
上述の摩擦撹拌処理法では、高速で回転する回転工具８０をワーク８２の表面に当接させ押圧することで、その際に生じる摩擦熱とプローブ８１の撹拌作用により、部材表面の回転工具８０当接部分およびその近傍領域を軟化させて塑性流動を生じさせる。そして、この塑性状態の材料部分（塑性流動層）が非溶融状態で撹拌されることにより、該部材の表面およびその近傍領域が改質される。
【０００６】
アルミ合金などの軽合金製鋳造部材の表面部に、この摩擦撹拌処理による表面改質処理を施すと、表面部の金属組織が微細化され、また鋳巣などによる内部未充填欠陥を大幅に低減することができ、伸び、靱性などの機械的特性、並びに、疲れ強さ（熱疲労強度）の向上を図ることができる。
【０００７】
特に、シリンダヘッドにおける吸排気ポート間のバルブブリッジ部は、エンジン駆動時の気筒での燃焼による体積膨張と、停止時の冷却による体積収縮とを繰り返して、この繰り返し応力が付勢されるので、熱疲労によるクラックが発生しやすい部位であり、このような部位に上述の摩擦撹拌処理を施して、その熱疲労強度を高めることは極めて有効である。
【０００８】
上述の軽合金製鋳造部材の鋳造から摩擦撹拌処理終了までの工程は、図１５に示すように、まず第１の工程Ｓ１１で、中空部を形成するためにシェル中子を用いて軽合金製部材を鋳造し、次に第２の工程Ｓ１２で、中子砂を排出するために砂出しを行なう。
【０００９】
この場合、中子砂を加熱して、該中子砂を排出しやすくするための処理が実行されるので、鋳造された軽合金製部材に対してＴ６処理（溶体化処理および時効処理）が施されることになる。
【００１０】
上述の砂出し後、次の第３の工程Ｓ１３で、図１４で示した回転工具８０を用いて摩擦撹拌処理が施される。
この摩擦撹拌処理時に、回転工具８０のプローグ８１による摩擦撹拌で塑性変形自在となる温度まで急激に加熱される処理部（改質層）と、その周辺部との間では大きい温度勾配が生じ、これに起因して残留応力が発生する問題点があり、摩擦撹拌処理後において、熱処理等により、この残留応力を除去する必要があった。
【００１１】
図１６は第１の工程Ｓ１１、第２の工程Ｓ１２終了後のアルミ合金製のシリンダヘッドのバルブブリッジ部に対して常温の状態から第３の工程Ｓ１３による摩擦撹拌処理を行なったものに対して、バルブブリッジ部のシリンダブロックとの合せ面に対面して位置するウォータジャケット側の残留応力を実測した結果を示すものである。
【００１２】
図１６に示すように従来方法においては、摩擦撹拌時の撹拌により熱（摩擦熱）が発生する処理部と、その周辺部との温度差により、熱応力（ひずみ）が存在することになり、これが残留応力となるので該残留応力は１２２〜１６７N/mm２と大きく、これにより熱疲労強度が低下するので、残留応力除去工程が必要となる問題点があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、軽合金製部材をアルミ合金製部材に設定し、このアルミ合金製部材の鋳造後、溶体化処理および時効処理を施した後に、１５０〜２００℃の範囲の温度条件で上記アルミ合金製部材を加熱する予熱処理を行ない、その後、上記摩擦撹拌処理を施すことにより、処理部（改質層）とその周辺の温度勾配（いわゆる温度差）が縮小され、改質層周辺に発生する残留応力を抑制して、熱疲労度の向上を図ることができ、また、予熱により摩擦撹拌時の軽合金製部材（いわゆるワーク）の抵抗が小さくなって、撹拌に要するエネルギの低減を図ることができ、未充填欠陥（つまり欠肉）の発生を抑制することができると共に、回転工具の長寿命化を図ることができ、しかも、予熱処理の温度条件を１５０〜２００℃の範囲とすることで、過時効による部材の軟化を抑制しつつ、改質層周辺に発生する残留応力を抑制して、熱疲労強度の向上を図ることができる軽合金製部材の表面処理方法の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明による軽合金製部材の表面処理方法は、軽合金製部材の表面部に回転工具を押し込みつつ、該回転工具を回転させることにより上記表面部に摩擦撹拌処理による改質層を形成する軽合金製部材の表面処理方法であって、上記軽合金製部材をアルミ合金製部材に設定し、上記アルミ合金製部材の鋳造後、溶体化処理および時効処理を施した後に、１５０〜２００℃の範囲の温度条件で上記アルミ合金製部材を加熱する予熱処理を行ない、その後、上記摩擦撹拌処理を施すものである。
【００１５】
上記構成の軽合金製部材（いわゆるワーク）はアルミ合金鋳造物製のガソリンエンジン用のシリンダヘッドやアルミ合金鋳造物製のディーゼルエンジン用シリンダヘッドに設定することができる。
【００１６】
上記構成によれば、予熱処理を施した後に上述の摩擦撹拌処理を行なうので、処理部（つまり改質層）とその周辺の温度勾配（いわゆる温度差）が縮小され、これにより改質層周辺に発生する残留応力を抑制して、熱疲労強度の向上を図ることができ、残留応力除去工程も不要となる。
【００１７】
また、上述の予熱処理により摩擦撹拌時の軽合金製部材（ワーク）の抵抗が小さくなるので、撹拌に要するエネルギの低減を図ることができると共に、未充填欠陥（いわゆる欠肉）の発生を抑制することができる。
【００１８】
因に、ワーク温度が低い場合、ワークは塑性変形しまいとする傾向が大きくなり、摩擦撹拌には余分なエネルギが必要となるだけでなく、撹拌処理時の抵抗が大となり、回転工具が移動しにくくなって、未充填欠陥（いわゆる欠肉）が発生しやすくなる。
【００１９】
加えて、上記予熱により軽合金製部材（アルミ合金製部材）の抵抗が小さくなることで、回転工具先端のプローブに付勢される曲げモーメントが低くなり、回転工具の寿命延長を図ることができる。
【００２０】
しかも、上記軽合金製部材をアルミ合金製部材に設定し、上記アルミ合金製部材の鋳造後、溶体化処理および時効処理を施した後に、１５０℃〜２００℃の温度条件で上記予熱処理を行なうものである。
【００２１】
上述の溶体化処理および時効処理は、アルミ合金製部材の組成に対応してＴ６処理またはＴ７処理に設定することができる。
上記構成によれば、１５０〜２００℃以下の温度条件で予熱処理を行なうので、過時効による部材の軟化を抑制することができると共に、温度範囲の設定により現場での温度管理性能の向上を図ることができる。
因に、予熱処理温度が２００℃を超過すると、溶体化処理および時効処理の効果、つまり部材の強度向上、硬さの向上が得られなくなり、部材が軟化する。
【００２２】
この発明の一実施態様においては、上記予熱処理の時間は５〜１５分の範囲に設定されたものである。
上記構成によれば、予熱時間範囲の設定により消費エネルギの過大化を防止しつつ、適切な予熱を得ることができる。つまり予熱時間が５分未満の場合には予熱不充分となる一方、予熱時間が１５分を超過する場合には消費エネルギが過大となるので、上記範囲に設定するものである。
【００２３】
この発明の一実施態様においては、上記軽合金製部材はエンジンのシリンダヘッドに設定され、上記改質層を吸排気口間に形成するものである。
上記構成によれば、エンジンの燃焼による体積膨張と、冷却による体積収縮との繰返しにより応力が集中されるシリンダヘッドの吸排気口間つまりバルブブリッジ部の熱疲労強度の向上を図ることができる。
【００２４】
【実施例】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は軽合金部材の表面処理方法を示し、図１に示す工程図の第1の工程Ｓ１で軽合金製部材の一例としてのエンジンのシリンダヘッド１（図２参照）を鋳造する。
【００２５】
図２に示すシリンダヘッド１はディーゼルエンジン用のシリンダヘッドであって、該シリンダヘッド１を構成するアルミ合金鋳物（ＪＩＳ規格  ＡＣ４Ｄ）の具体的組成は次の通りである。
【００２６】
Ｃｕ：１．０〜１．５wt％、Ｓｉ：４．５〜５．５wt％、Ｍｇ：０．４〜０．６wt％、Ｚｎ：０．１０wt％以下、Ｆｅ：０．４０wt％以下、Ｍｎ：０．１０wt％以下、Ｎｉ：０．２０wt％以下、Ｔｉ：０．１０wt％以下、Ｐｂ：０．１０wt％以下、Ｓｎ：０．０５wt％以下、Ｃｒ：０．１５wt％以下、Ｃａ：０．００８wt％以下、Ａｌ：残部
なお、上述の鋳造工程では、シリンダヘッド１に中空部としての吸排気ポート、ウォータジャケットを形成するためにシェル中子を用いる。
【００２７】
また、図２はシリンダヘッド１を燃焼室側から見た状態で示す平面図であって、この直列４気筒タイプのディーゼルエンジンのシリンダヘッド１は各気筒毎に２つの吸気ポート２，２と、２つの排気ポート３，３とが形成されている。
【００２８】
また燃焼室側の表面部１ａには、内部のウォータジャケットと連通する開口部４が開口されると共に、摩擦撹拌処理後において仕上げ加工を施す際の基準面となる基準穴５，５がシリンダヘッド１の鋳造時に同時形成されている。
【００２９】
さらに、図２においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５は各気筒において吸排気ポート２，３間のバルブブリッジ部を摩擦撹拌処理するための開始ポイントである。
【００３０】
上述のシリンダヘッド１には摩擦撹拌処理の後に形成されるテンションボルト孔６…が設けられ、このテンションボルト孔６に挿通されるテンションボルト（図示せず）により、シリンダヘッド１とシリンダブロックとが締結される。
【００３１】
そこで、この実施例では後述する第４の工程で上述の開始ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５から図２に矢印で示す処理経路に沿ってバルブブリッジ部を摩擦撹拌処理した後に、テンションボルト孔６の位置で該処理を終了するように設定している。
【００３２】
次に図１に示す工程図の第２の工程Ｓ２で、中子砂を排出するために砂出しを行なう。
この場合、中子砂を加熱して、該中子砂を排出するための処理が実行されるので、鋳造とされたシリンダヘッド１に対してはＴ６処理（溶体化処理および時効処理）が施されることになる。
【００３３】
ディーゼルエンジン用のシリンダヘッド１のＴ６処理は図３、図４に示すように、まず図３の溶体化処理にあっては５３５℃±５℃の温度に４〜１０時間加熱した後に、９０℃〜９９℃に急冷して溶体化する。次に図４の時効処理においては１８０℃±５℃の温度に４〜１０時間加熱する所謂人工時効（高温時効）を施して、時効化（Aging）を図る。中子砂の加熱温度は、シェル中子の結合剤であるレジンを加熱して炭化させる温度約４００℃以上とする必要がある。
【００３４】
上述のＴ６処理により、シリンダヘッド１の強度向上、硬さ向上を図ることができる。
次に上述の砂出し処理（Ｔ６参照）終了後において、図１に示す工程図の第３の工程Ｓ３で、シリンダヘッド１を電気加熱炉にて予熱処理する。
【００３５】
この予熱処理の条件は１００〜２００℃、望ましくは１５０〜２００℃の温度範囲内で、５〜１５分の予熱時間内においてシリンダヘッド１を加熱する。
予熱温度が約１００℃の場合には後述する残留応力の低減を図ることができるものの、この残留応力のばらつきが大きくなる可能性があり、逆に予熱温度が２００℃を超える場合には、過時効によりシリンダヘッド１が軟化するので、この過時効によるシリンダヘッド１の軟化を抑制することと、温度下限値１５０℃の設定により現場での温度管理性能の向上を図ることとを考慮して、１５０〜２００℃の温度範囲が好ましい。
【００３６】
また、予熱時間は消費エネルギの過大化を防止しながら、適切な予熱状態を確保することを目的として５〜１５分の範囲に設定する。
すなわち、予熱時間が５分未満の場合には充分な予熱が得られず、予熱時間が１５分を超過する場合は充分な予熱が得られるものの、予熱に要する消費エネルギが過大となるので、上述の範囲内に設定するものである。
【００３７】
次に、上述の予熱処理後に図１に示す工程図の第４の工程Ｓ４で、回転工具７（図５参照）を用いてシリンダヘッド１の燃焼室側の表面部１ａを摩擦撹拌処理する。
【００３８】
上述の回転工具７は図５に示すように、加工装置の主軸８に固定されるシャンク部９と、表面部１ａを押圧するショルダ部１０と、摩擦撹拌を行なうプローブ１１とを備えている。またプローブ１１の外周には回転工具７の回転方向とは逆になる左ネジ部が形成されている。
【００３９】
そして、図６に概略的に示すように、加工装置に装着されて高速で回転する回転工具７のプローグ１１をシリンダヘッド１の表面部１ａに押込みつつ、ショルダ部１０で表面部１ａを押圧し、このような押圧状態を保ちながら回転工具７を表面に沿って移動させることで、シリンダヘッド１の表面およびその近傍領域を改質して、改質層１２を形成する。
【００４０】
なお、摩擦撹拌処理の処理経路は図２に矢印で示すように、各開始ポイントＰ１〜Ｐ５からスタートして、バルブブリッジ部を摩擦撹拌処理した後に、テンションボルト孔６の位置で終了するように設定されている。
【００４１】
図７は図１の各工程終了後において、シリンダヘッド１のバルブブリッジ部のシリンダブロックとの合せ面に対面して位置するウォータジャケット側の残留応力を実測した結果を示し、特に、予熱温度を１５０〜２００℃の範囲に設定したものは、残留応力が２２〜７７N/mm２と比較して、その値を大幅に低減させることができた。
【００４２】
このように上記実施例の軽合金製部材の表面処理方法は、軽合金製部材（アルミ合金鋳物製のディーゼルエンジン用のシリンダヘッド１参照）の表面部１ａに回転工具７を押し込みつつ、該回転工具７を回転させることにより上記表面部１ａに摩擦撹拌処理による改質層１２を形成する軽合金製部材の表面処理方法であって、上記軽合金製部材（シリンダヘッド１参照）を加熱する予熱処理（第３の工程Ｓ３参照）を施した後、上記摩擦撹拌処理（第４の工程Ｓ４参照）を施すものである。
【００４３】
この構成によれば、予熱処理を施した後に上述の摩擦撹拌処理を行なうので、処理部（つまり改質層１２）とその周辺の温度勾配（いわゆる温度差）が縮小され、これにより改質層周辺に発生する残留応力を抑制して、熱疲労強度の向上を図ることができ、残留応力除去工程も不要となる。
【００４４】
また、上述の予熱処理により摩擦撹拌時の軽合金製部材（シリンダヘッド１参照）の抵抗が小さくなるので、撹拌に要するエネルギの低減を図ることができると共に、未充填欠陥（いわゆる欠肉）の発生を抑制することができる。
【００４５】
因に、ワーク温度が低い場合、ワークは塑性変形しまいとする傾向が大きくなり、摩擦撹拌には余分なエネルギが必要となるだけでなく、撹拌処理時の抵抗が大となり、回転工具７が移動しにくくなって、未充填欠陥が発生しやすくなる。
【００４６】
加えて、上記予熱により軽合金製部材（シリンダヘッド１参照）の抵抗が小さくなることで、回転工具７先端のプローブ１１に付勢される曲げモーメントが低くなり、回転工具７の寿命延長を図ることができる。
【００４７】
しかも、上記軽合金製部材をアルミ合金製部材（シリンダヘッド１参照）に設定し、上記アルミ合金製部材の第１の工程Ｓ１での鋳造後、溶体化処理および時効処理（第２の工程Ｓ２参照）を施した後に、２００℃以下の温度条件で上記予熱処理（第３の工程Ｓ３参照）を行なうものである。
【００４８】
この構成によれば、２００℃以下の温度条件で予熱処理を行なうので、過時効による部材の軟化を抑制することができる。
【００４９】
また、上記予熱処理の温度は１５０〜２００℃の範囲に設定されたものである。
この構成によれば、過時効による部材の軟化が抑制できると共に、温度範囲の設定により現場での温度管理性能の向上を図ることができる。
因に、予熱処理温度が２００℃を超過すると、溶体化処理および時効処理の効果つまり部材の強度向上、硬さの向上が得られなくなり、部材が軟化する。
【００５０】
加えて、上記予熱処理の時間は５〜１５分の範囲に設定されたものである。
この構成によれば、予熱時間範囲の設定により消費エネルギの過大化を防止しつつ、適切な予熱を得ることができる。つまり、予熱時間が５分未満の場合には予熱不充分となる一方、予熱時間が１５分を超過する場合には消費エネルギが過大となるので、上記範囲に設定するものである。
【００５１】
さらに、上記軽合金製部材はエンジンのシリンダヘッド（ディーゼルエンジンのシリンダヘッド１参照）に設定され、上記改質層１２を吸排気口間（吸排気ポート２，３間参照）に形成するものである。
この構成によれば、エンジンの燃焼による体積膨張と、冷却による体積収縮との繰返しにより応力が集中されるシリンダヘッド１の吸排気口間つまりバルブブリッジ部の熱疲労強度の向上を図ることができる。
【００５２】
図８、図９は表面処理方法なかんずく第４の工程Ｓ４の摩擦撹拌処理に用いる回転工具７の他の実施例を示し、図５の実施例では左ネジ部が形成されたプローブ１１と成したが、図８の実施例では先端部を半球状等の曲面状と成したプローブ１１に形成している。また図９の実施例では円柱状のプローブ１１に形成している。
【００５３】
図８、図９に示す回転工具７を用いても、先の実施例とほぼ同様の作用、効果を奏するので、図８、図９において前図と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００５４】
一方、上述の実施例においてはディーゼルエンジン用のシリンダヘッド１をワークとして例示したが、軽合金製部材はガソリンエンジン用のシリンダヘッドであってもよい。
【００５５】
このガソリンエンジン用のシリンダヘッドを構成するアルミ合金鋳物（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｄ）の具体的組成は次の通りである。
Ｃｕ：１．０〜１．５wt％、Ｓｉ：４．５〜５．５wt％、Ｍｇ：０．４〜０．６wt％、Ｚｎ：０．３０wt％以下、Ｆｅ：０．６０wt％以下、Ｍｎ：０．５０wt％以下、Ｎｉ：０．２０wt％以下、Ｔｉ：０．２０wt％以下、Ｐｂ：０．１０wt％以下、Ｓｎ：０．０５wt％以下、Ｃｒ：０．１５wt％以下、Ａｌ：残部
【００５６】
このようにディーゼルエンジン用のシリンダヘッド１とガソリンエンジン用のシリンダヘッドとではアルミ合金鋳物の具体的組成が若干異なるので、このガソリンエンジン用のシリンダヘッドをワークとして処理する場合の第２の工程Ｓ２におけるＴ６処理条件（溶体化処理および時効処理の条件）は図１０、図１１に示すように設定される。
【００５７】
すなわち、溶体化処理は図１０に示すように４８５℃±５℃の温度に４時間以上加熱した後に、６０〜７５℃に急冷して溶体化する。
また時効処理は図１１に示すように１８０℃±５℃の温度に４〜１０時間加熱する所謂人工時効（高温時効）を施して、時効化を図る。
【００５８】
このようにＴ６処理条件をガソリンエンジン用のシリンダヘッドに適合させると、図１の各工程Ｓ１〜Ｓ４にて先の実施例と同様の表面処理方法にて表面処理を行なうことができ、その作用、効果についても先の実施例と略同様になる。
【００５９】
またガソリンエンジン用のシリンダヘッドを構成するアルミ合金鋳物はＪＩＳ規格ＡＣ４Ｄに代えて、ＪＩＳ規格ＡＣ２ＢまたはＪＩＳ規格ＡＣ４Ｂのものを用いることができる。
【００６０】
ＪＩＳ規格ＡＣ２Ｂのアルミ合金鋳物の概略組成は、Ｃｕ：２．０〜４．０wt％、Ｓｉ：５．０〜７．０wt％、Ｍｇ：０．５wt％以下、Ｚｎ：１．０wt％以下、Ｆｅ：１．０wt％以下、Ｍｎ：０．５wt％以下、Ｎｉ：０．３wt％以下、Ｔｉ：０．２wt％以下、Ａｌ：残部である。
【００６１】
ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｂのアルミ合金鋳物の概略組成は、Ｃｕ：２．０〜４．０wt％、Ｓｉ：７．０〜１０．０wt％、Ｍｇ：０．６wt％以下、Ｚｎ：１．０wt％以下、Ｆｅ：１．２wt％以下、Ｍｎ：０．８wt％以下、Ｎｉ：０．５wt％以下、Ｔｉ：０．２wt％以下、Ａｌ：残部である。
【００６２】
このように同じガソリンエンジン用のシリンダヘッドでもＪＩＳ規格ＡＣ４Ｄを用いる場合と、ＪＩＳ規格ＡＣ２ＢまたはＡＣ４Ｂを用いる場合とで、アルミ合金鋳物の具体的組成が異なるので、このＡＣ２ＢまたはＡＣ４Ｂを用いる場合には第２の工程Ｓ２でＴ７処理（溶体処理および時効処理）を行なう。
【００６３】
上述のＴ７処理のうちの溶体化処理は図１２に示すように４９５±５℃の温度に３時間以上加熱した後に、９０．５℃以上に急冷して溶体化する。
またＴ７処理のうちの時効処理は図１３に示すように２４０±５℃の温度に４時間以上加熱する所謂人工時効（高温時効）を施して、時効化を図る。
【００６４】
このようにＴ７処理条件をガソリンエンジン用のシリンダヘッド（ＪＩＳ規格ＡＣ２ＢまたはＡＣ４Ｂ）に適合させると、図１の各工程Ｓ１〜Ｓ４にて先の実施例と同様の表面処理方法にて表面処理を行なうことができ、その作用、効果についても先の実施例とほぼ同様になる。
【００６５】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の軽合金製部材は、実施例のアルミ合金鋳物製のディーゼルエンジン用のシリンダヘッド１に対応し、
または、アルミ合金鋳物製のガソリンエンジン用のシリンダヘッドに対応し、
以下同様に、
溶体化処理および時効処理は、Ｔ６処理またはＴ７処理に対応し、
吸排気口間は、吸排気ポート２，３間のバルブブリッジ部に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。
【００６６】
【発明の効果】
この発明によれば、軽合金製部材をアルミ合金製部材に設定し、このアルミ合金製部材の鋳造後、溶体化処理および時効処理を施した後に、１５０〜２００℃の範囲の温度条件で上記アルミ合金製部材を加熱する予熱処理を施した後に、摩擦撹拌処理を施す方法であるから、処理部（改質層）とその周辺の温度勾配（いわゆる温度差）が縮小され、改質層周辺に発生する残留応力を抑制して、熱疲労度の向上を図ることができ、また予熱により摩擦撹拌時の軽合金製部材（いわゆるワーク）の抵抗が小さくなって、撹拌に要するエネルギの低減を図ることができ、未充填欠陥（つまり欠肉）の発生を抑制することができると共に、回転工具の長寿命化を図ることができる効果があり、しかも、予熱処理の温度条件を１５０〜２００℃の範囲とすることで、過時効による部材の軟化を抑制しつつ、改質層周辺に発生する残留応力を抑制して、熱疲労強度の向上を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の軽合金製部材の表面処理方法を示す工程図。
【図２】  軽合金製部材の一例のシリンダヘッドの平面図。
【図３】  溶体化処理の説明図。
【図４】  時効処理の説明図。
【図５】  表面処理方法に用いる回転工具の側面図。
【図６】  摩擦撹拌処理法の説明図。
【図７】  予熱温度に対する残留応力を示す特性図。
【図８】  回転工具の他の実施例を示す側面図。
【図９】  回転工具のさらに他の実施例を示す側面図。
【図１０】  溶体化処理の説明図。
【図１１】  時効処理の説明図。
【図１２】  溶体化処理の説明図。
【図１３】  時効処理の説明図。
【図１４】  摩擦撹拌処理法の説明図。
【図１５】  従来の表面処理方法を示す工程図。
【図１６】  摩擦撹拌処理前のワーク温度に対する残留応力を示す特性図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド（軽合金製部材）
１ａ…表面部
７…回転工具
１２…改質層
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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