(57)【要約】【課題】従来より更に軽量化・高強度化されたアルミニウム鋳物からなる製品を提供すること。【解決手段】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、応力振幅σａ［ＭＰａ］において、Ｎｆ＞２．５×１０（９−σａ／５０）を満たす析出硬化型アルミニウム合金鋳物の提供による。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、応力振幅σａ［ＭＰａ］において、Ｎｆ＞２．５×１０（９−σａ／５０）を満たす析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項２】
前記応力振幅σａ＝１４０［ＭＰａ］のときに、前記繰り返し破断回数Ｎｆ＞１０７［回］である請求項１に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項３】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなり、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、応力振幅σａ［ＭＰａ］において、Ｎｆ＞６×１０（９−σａ／５０）を満たす析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項４】
前記応力振幅σａ＝１８０［ＭＰａ］のときに、前記繰り返し破断回数Ｎｆ＞１０７［回］である請求項３に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項５】
Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金からなり、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、応力振幅σａ［ＭＰａ］において、Ｎｆ＞２．５×１０（９−σａ／５０）を満たす析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項６】
表層と内部との硬さが異なる請求項１〜５の何れか一項に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項７】
前記表層がピーク時効状態と等しい硬さであり、前記内部が溶体化状態と等しい硬さであり、前記表層が前記内部より硬さが大きい請求項６に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項８】
鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理を行った後、表面層加工処理を施して得られる請求項７に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。但し、前記表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した前記閉空間が表面に形成された前記成形品の揺動をさせて、前記加工材を前記成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【請求項９】
前記表層がピーク時効状態より硬くなっており、前記内部がピーク時効状態と等しい硬さであり、前記表層が前記内部より硬さが大きい請求項６に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項１０】
鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理及び人工時効処理を行った後、表面層加工処理を施して得られる請求項９に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。但し、前記表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した前記閉空間が表面に形成された前記成形品の揺動をさせて、前記加工材を前記成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【請求項１１】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり、前記表層の硬さが、ロックウエル硬さで６０［ＨＲＢ］以上である請求項７又は９に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項１２】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなり、前記表層の硬さが、ロックウエル硬さで７５［ＨＲＢ］以上である請求項７又は９に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項１３】
Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金からなり、前記表層の硬さが、ロックウエル硬さで８０［ＨＲＢ］以上である請求項７又は９に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項１４】
前記表層が過時効状態と等しい硬さであり、前記内部がピーク時効状態と等しい硬さであり、前記表層が前記内部より硬さが小さい請求項６に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。
【請求項１５】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を用いて鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理を行った後、表面層加工処理を施し、人工時効処理をして得られる請求項１４に記載の析出硬化型アルミニウム合金鋳物。但し、前記表面層加工処理は、前記成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した前記閉空間が表面に形成された前記成形品の揺動をさせて、前記加工材を前記成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【請求項１６】
析出硬化型アルミニウム合金を用い、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理を行った後、表面層加工処理を施す鋳物の製造方法。但し、前記表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した前記閉空間が表面に形成された前記成形品の揺動をさせて、前記加工材を前記成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【請求項１７】
析出硬化型アルミニウム合金を用い、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理及び人工時効処理を行った後、表面層加工処理を施す鋳物の製造方法。但し、前記表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した前記閉空間が表面に形成された前記成形品の揺動をさせて、前記加工材を前記成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理によって析出硬化する、低圧鋳造向けの、アルミニウム合金鋳物に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造用のアルミニウム合金として、ＪＩＳ（日本工業規格）記号ではＡＣ４Ｂ、ＡＣ４ＣＨ等で示されるアルミニウム合金が知られている。これらのアルミニウム合金は、鋳造性に優れ、熱処理により優れた強度と伸びが得られ、軽量であるため、自動車用部品をはじめとする構造部品に広く使われている。
【０００３】
特に自動車部品においては、近年、環境保護・省燃費化の流れの中、更なる軽量化・高強度化が望まれるようになった。この要望に応える従来の技術として、ショットピーニングがある。ショットピーニングは、硬質の投射材を対象製品の表面に高速で衝突させ、表面硬化や圧縮応力の付加を生じ、対象製品の疲労強度や耐摩磨耗性を向上させ得る技術である。この技術によれば、材料、製法の変更を伴うことなく、機械的性質の改良が可能である。そのため、ショットピーニングは、自動車部品の他にも、航空機、建設機械等の構造部品や工作機械、金型等に、広く用いられている。
【０００４】
但し、ショットピーニングは、製品の外側の面であれば処理が可能であるが、管状の製品の内面、例えば給排気部品の空気通路やエンジン部品の水通路等を処理することが困難であった。そこで、これに対し、本出願人は、外面だけでなく、製品内面への処理が可能な、新たな手段を提案している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２２１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような技術開発の流れの中でなされたものであり、その課題とするところは、従来より更に軽量化・高強度化されたアルミニウム鋳物からなる製品を提供することである。
【０００７】
本出願人が特許文献１に開示した表面層加工処理（硬化処理）は、表面の硬化及び圧縮残留応力の付加を伴うので、ＡＣ４Ｂ合金等に対し、熱処理を組み合わせた表面層加工処理の効果について研究を重ねた。例えば、溶体化処理後のＡＣ４Ｂ合金等に表面層加工処理を施し、その後、時効処理をすれば、表面層加工処理により導入された歪の影響で、表面層加工処理を施していないものに比して、時効挙動の促進あるいは硬さの更なる上昇を生じることが考えられた。そこで、更に、表面層加工処理と熱処理との組み合わせを変更し、得られた鋳物の疲労試験及び硬さ試験を行い、それらの結果より、時効挙動の違いを比較検討して、以下に示す本発明を想到しこれを完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、先ず、本発明によれば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、応力振幅σａ［ＭＰａ］において、Ｎｆ＞２．５×１０（９−σａ／５０）を満たす析出硬化型アルミニウム合金鋳物が提供される。この場合において、応力振幅σａ＝１４０［ＭＰａ］のときに、繰り返し破断回数Ｎｆ＞１０７［回］であることが好ましい。これは、６０００系（日本工業規格）の展伸材の疲労強度を表している。即ち、この好ましい態様は、６０００系の展伸材と同等以上の疲労強度を有するものである。
【０００９】
次に、本発明によれば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなり、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、応力振幅σａ［ＭＰａ］において、Ｎｆ＞６×１０（９−σａ／５０）を満たす析出硬化型アルミニウム合金鋳物が提供される。この場合において、応力振幅σａ＝１８０［ＭＰａ］のときに、繰り返し破断回数Ｎｆ＞１０７［回］であることが好ましい。これは、２０００系（日本工業規格）の展伸材の疲労強度を表している。即ち、この好ましい態様は、２０００系の展伸材と同等以上の疲労強度を有するものである。
【００１０】
次に、本発明によれば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金からなり、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、応力振幅σａ［ＭＰａ］において、Ｎｆ＞２．５×１０（９−σａ／５０）を満たす析出硬化型アルミニウム合金鋳物が提供される。
【００１１】
本明細書における回転曲げ疲労試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７３  ２，２，６に基づき行われる。応力振幅は、１サイクル中の応力の最大値と最小値の差の１／２で表される、応力の動的な変動成分である。又、繰り返し破断回数は、試験片が破断するまでの繰り返し回数である。
【００１２】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物においては、表層と内部との硬さが異なることが好ましい。
【００１３】
（ａ）本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、表層と内部との硬さが異なる場合に、表層がピーク時効状態と等しい硬さであり、内部が溶体化状態と等しい硬さであり、表層が内部より硬さが大きい態様を好適に採ることが出来る。この場合において、本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理を行った後、表面層加工処理を施して得られるものであることが好ましい。但し、表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した閉空間が表面に形成された成形品の揺動をさせて、加工材を成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【００１４】
本明細書において、内部が溶体化状態と等しい硬さであるとは、内部が溶体化状態のままであることを意味する。表層がピーク時効状態と等しい硬さであることに対比させて、内部の状態を硬さで表現したものである。
【００１５】
（ｂ）本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、表層と内部との硬さが異なる場合に、表層がピーク時効状態より硬くなっており、内部がピーク時効状態と等しい硬さであり、表層が内部より硬さが大きい態様を好適に採ることが出来る。この場合において、本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理及び人工時効処理（高温時効処理）を行った後、表面層加工処理を施して得られるものであることが好ましい。但し、表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した閉空間が表面に形成された成形品の揺動をさせて、加工材を成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【００１６】
上記（ａ）又は（ｂ）の場合において、本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり、表層の硬さが、ロックウエル硬さで６０［ＨＲＢ］以上であることが好ましい。
【００１７】
又、上記（ａ）又は（ｂ）の場合において、本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなり、表層の硬さが、ロックウエル硬さで７５［ＨＲＢ］以上であることが好ましい。
【００１８】
更に、上記（ａ）又は（ｂ）の場合において、本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金であり、表層の硬さが、ロックウエル硬さで８０［ＨＲＢ］以上であることが好ましい。
【００１９】
尚、本明細書に示すロックウエル硬さは、ＪＩＳ（日本工業規格）  Ｚ  ２２４５に規定された硬さ試験により求められる。
【００２０】
（ｃ）本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、表層が過時効状態と等しい硬さであり、内部がピーク時効状態と等しい硬さであり、表層が内部より硬さが小さい態様を好適に採ることが出来る。この場合において、本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を用いて鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理を行った後、表面層加工処理を施し、人工時効処理をして得られるものであることが好ましい。但し、表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した閉空間が表面に形成された成形品の揺動をさせて、加工材を成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【００２１】
次に、本発明によれば、析出硬化型アルミニウム合金を用い、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理を行った後、表面層加工処理を施す鋳物の製造方法が提供される（第１の鋳物の製造方法ともいう）。但し、表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した閉空間が表面に形成された成形品の揺動をさせて、加工材を成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【００２２】
次に、本発明によれば、析出硬化型アルミニウム合金を用い、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理及び人工時効処理を行った後、表面層加工処理を施す鋳物の製造方法が提供される（第２の鋳物の製造方法ともいう）。但し、表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した閉空間が表面に形成された成形品の揺動をさせて、加工材を成形品の表面に衝突をさせる処理である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が特段に多く、鋳物であっても、疲労強度が、展伸材を使用した鍛造品と同程度以上に優れている。そのため、構造部品に使用されることによって、鍛造品より低廉に、その使用された製品等に高い機械的性質を付与し得る。機械的性質が従来の鋳物と同程度でよい場合には、それより薄肉化することが出来るので、本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物が使用された製品等は、従来の鋳物より軽量化される。
【００２４】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、その好ましい態様において、表層がピーク時効状態と等しい硬さであり、内部が溶体化状態と等しい硬さであり、表層が内部より硬さが大きいので、疲労強度に優れ、足廻り部品やエンジン部品等に好適に使用することが出来る。
【００２５】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、その好ましい態様において、表層がピーク時効状態より硬くなっており、内部がピーク時効状態と等しい硬さであり、表層が内部より硬さが大きいので、疲労強度に優れ、足廻り部品やエンジン部品等に好適に使用することが出来る。
【００２６】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、その好ましい態様において、表層が過時効状態と等しい硬さであり、内部がピーク時効状態と等しい硬さであり、表層が内部より硬さが小さいので、中心部に比べて外周の伸びが高く、曲げ特性及び衝撃特性に優れ、足廻り部品に等に好適に使用することが出来る。
【００２７】
本発明に係る第１の鋳物の製造方法は、析出硬化型アルミニウム合金を用い、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理を行った後、表面層加工処理を施す方法であり、人工時効処理を行うことなく、表層がピーク時効状態と等しい硬さである析出硬化型アルミニウム合金鋳物を得ることが出来る。例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金からなり、表層の硬さが、ロックウエル硬さで６０［ＨＲＢ］以上の析出硬化型アルミニウム合金鋳物を得ることが可能である。
【００２８】
本発明に係る第２の鋳物の製造方法は、析出硬化型アルミニウム合金を用い、鋳造法によって成形品を得て、その成形品に溶体化処理及び人工時効処理を行った後、表面層加工処理を施す方法であり、表層がピーク時効状態より硬くなっている析出硬化型アルミニウム合金鋳物を得ることが出来る。例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金からなり、表層の硬さが、ロックウエル硬さで７５［ＨＲＢ］以上の析出硬化型アルミニウム合金鋳物を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００３０】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、回転曲げ疲労試験における繰り返し破断回数Ｎｆ［回］が、従来より特段に多い析出硬化型アルミニウム合金鋳物である。析出硬化型とは、熱をかけると析出硬化するものである。具体的に、析出硬化型アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金（ＡＣ２Ａ合金、ＡＣ２Ｂ合金）、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＡＣ４Ａ合金、ＡＣ４Ｃ合金、ＡＣ４ＣＨ合金）、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金（ＡＣ４Ｂ合金）、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（ＡＣ４Ｄ合金）、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金（ＡＣ５Ａ合金）、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（ＡＣ８Ａ合金、ＡＣ８Ｂ合金、ＡＣ８Ｃ合金）を挙げることが出来る。カッコ内は、該当するＪＩＳ記号で示された合金である。
【００３１】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、その好ましい態様において、表層と内部との硬さが異なる。表層は、表面の側から一定の厚さを有する層であり、表層の厚さは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは１．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。内部とは、表層以外であって、表面に現れていない部分をいう。
【００３２】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、その好ましい態様において、各部分が、ピーク時効状態あるいは溶体化状態という表現で特定される。この各状態に該当するか否かの判断は、硬さで判断される。即ち、ピーク時効状態とは、人工時効処理を行った場合における最も高い硬さを有する状態であり、溶体化状態とは、溶体化処理を行った直後の硬さに等しい硬さを有する状態である。
【００３３】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、その好ましい態様において、表面層加工処理が施されて得られるものである。この表面層加工処理は、成形品の表面に閉空間を形成し、その閉空間に比重が２以上１０以下で径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体を含む加工材を投入し、その加工材を投入した閉空間が表面に形成された成形品の揺動をさせて、加工材を成形品の表面に衝突をさせる処理である。表面層とは表面及び表層を意味し、単に表層という場合には表面を除き、表面の近傍を示すものとする。又、多面体の径は、多面体の中心を通り多面体の外面と外面とを結ぶ距離の最大値と最小値の平均とする。
【００３４】
表面層加工処理の好ましい条件は、以下の通りである。加工材の量は、閉空間の容積に対し、体積比で概ね５％以上３０％以下である。加工材は、径がφ５ｍｍ以上φ２０ｍｍ以下の球状体又は多面体が、加工材全体の７０体積％以上を占めるものとする。加工材の比重は、好ましくは５〜１０であり、加工材として、具体的には、例えば鋼球、ステンレス球等の金属球を採用することが出来、又、ジルコニア球、アルミナ球等のセラミック球を用いることが出来る。揺動にかかる振動数は、３Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下である。揺動にかかる揺動時間は、１０秒以上１０分以下である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明について実施例を用いて説明する。本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００３６】
（実施例１）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に、硬さの測定を行った。人工時効処理における温度は１６０℃とした。硬さの測定は、表層（深さ５０μｍ）として表面層加工処理部分、内部（深さ３ｍｍ）として未処理部分のロックウエル硬さを、それぞれロックウエル硬さ計（株式会社明石製作所製、型番ＡＲＫ−Ｆ１０００）で測定した。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図１に示す。
【００３７】
【表１】
2009091631.tif 000003
【００３８】
（実施例２）人工時効処理における温度を１８０℃とした以外は、実施例１と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図２に示す。
【００３９】
（実施例３）人工時効処理における温度を２００℃とした以外は、実施例１と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図３に示す。
【００４０】
（実施例４）人工時効処理における温度を２２０℃とした以外は、実施例１と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図４に示す。
【００４１】
（実施例５）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用した以外は、実施例１と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図５に示す。
【００４２】
（実施例６）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用した以外は、実施例２と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図６に示す。
【００４３】
（実施例７）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用した以外は、実施例３と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図７に示す。
【００４４】
（実施例８）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用した以外は、実施例４と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図８に示す。
【００４５】
（実施例９〜１１）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用した以外は、実施例２〜４と同様にして、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理、人工時効処理を行い、人工時効時間毎に硬さの測定を行った。人工時効時間毎の、硬さの測定の結果を、図９に示す。
【００４６】
（実施例１２）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行い、硬さの測定を行った。人工時効処理は行わなかった。硬さの測定は、実施例１と同様にして、表層（深さ５０μｍ）及び内部（深さ３ｍｍ）のロックウエル硬さを、ロックウエル硬さ計（株式会社明石製作所製、型番ＡＲＫ−Ｆ１０００）で測定した。硬さの測定の結果を、図１０に示す。
【００４７】
（実施例１３）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、先に人工時効処理を１８０℃で１０時間行い、更に表面層加工処理を行った後、硬さの測定を行った。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１０に示す。
【００４８】
（実施例１４）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行い、更に人工時効処理を１８０℃で１０時間行った後、硬さの測定を行った。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１０に示す。
【００４９】
（実施例１５）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行い、硬さの測定を行った。人工時効処理は行わなかった。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１１に示す。
【００５０】
（実施例１６）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行い、更に人工時効処理を１６０℃で１０時間行った後、硬さの測定を行った。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１１に示す。
【００５１】
（実施例１７）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行い、更に人工時効処理を１８０℃で５時間行った後、硬さの測定を行った。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１１に示す。
【００５２】
（実施例１８）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、先に人工時効処理を１８０℃で５時間行い、更に表面層加工処理を行った後、硬さの測定を行った。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１１に示す。
【００５３】
（実施例１９）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行い、硬さの測定を行った。人工時効処理は行わなかった。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして、表層（深さ５０μｍ）及び内部（深さ３ｍｍ）のロックウエル硬さを、ロックウエル硬さ計（株式会社明石製作所製、型番ＡＲＫ−Ｆ１０００）で測定した。硬さの測定の結果を、図１２に示す。
【００５４】
（実施例２０）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、先に人工時効処理を１８０℃で５時間行い、更に表面層加工処理を行った後、硬さの測定を行った。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１２に示す。
【００５５】
（実施例２１）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行い、更に人工時効処理を１８０℃で５時間行った後、硬さの測定を行った。硬さの測定は、実施例１，１２と同様にして行った。結果を図１２に示す。
【００５６】
（実施例２２）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、先に人工時効処理を１８０℃で１０時間行い、更に表面層加工処理を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１３に示す。
【００５７】
（実施例２３）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。人工時効処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１３に示す。
【００５８】
（比較例１）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、人工時効処理を１８０℃で５時間行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。表面層加工処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１３に示す。
【００５９】
（比較例２）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４ＣＨ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。人工時効処理及び表面層加工処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１３に示す。
【００６０】
（実施例２４）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、先に人工時効処理を１８０℃で５時間行い、更に表面層加工処理を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１４に示す。
【００６１】
（実施例２５）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。人工時効処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１４に示す。
【００６２】
（比較例３）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、人工時効処理を１８０℃で５時間行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。表面層加工処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１４に示す。
【００６３】
（比較例４）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ４Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。人工時効処理及び表面層加工処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１４に示す。
【００６４】
（実施例２６）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、先に人工時効処理を１８０℃で５時間行い、更に表面層加工処理を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１５に示す。
【００６５】
（実施例２７）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工、表面層加工処理を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。人工時効処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１５に示す。
【００６６】
（比較例５）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行い、その後、人工時効処理を１８０℃で５時間行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。表面層加工処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１５に示す。
【００６７】
（比較例６）アルミニウム合金材料として、表１に示される組成のＡＣ２Ｂ合金を使用し、鋳造〜溶体化処理〜機械加工を行った後、かける応力を変えて回転曲げ疲労試験を行った。人工時効処理及び表面層加工処理は行わなかった。試験結果として、応力振幅（σａ、［ＭＰａ］）と繰り返し破断回数（Ｎｆ、［回］）との関係を、図１５に示す。
【００６８】
［鋳造〜溶体化処理〜機械加工］アルミニウム合金材料を溶解し、１００℃に加熱した金型で鋳造し、鋳塊を得て、その鋳塊に対し、溶体化処理を行い、焼入れした後、機械加工して、厚さが１５ｍｍの板状の試験片を得た。
【００６９】
［表面層加工処理］箱状の治具で閉空間を形成し、その中に、比重が７．８で径がφ１２ｍｍの鋼球（加工材）と、試験片と、を入れ、揺動して、試験片に鋼球を衝突させた。鋼球の投入量は、閉空間の容積に対し体積比で２５％とした。揺動条件は、振動数が１０Ｈｚ、揺れ幅が６０ｍｍ、揺動時間は４分である。
【００７０】
［人工時効処理］試験片に対し、大気炉を使用して、人工時効処理を行った。
【００７１】
［回転曲げ疲労試験］小野式回転曲げ疲労試験機を用い、室温、大気中において、試験片を３６００ｒｐｍで回転させながら、応力をかけ、試験片が破断するまでの、応力の繰り返し回数を調べた。
【００７２】
（考察）実施例１〜４の結果より、ＡＣ４ＣＨ合金は、その内部では、時効時間の増加に伴って硬さが上昇していき、１８０℃では１０ｈｒで、２００℃では２ｈｒで、それぞれ最大硬さとなっていた。これに対し，表層では、人工時効処理による硬さの上昇は見られず、表面層加工処理によって上昇した硬さが、時効時間の増加に伴って低下した。時効時間の増加により、表層は過時効状態と等しい硬さとなり、表層と内部の硬さは逆転した。特に２００℃、２２０℃では時効１ｈｒで、表層では既に大きく硬さの低下が始まっていた。１６０℃や１８０℃の場合でも、２ｈｒで表層の軟化が始まっていた。曲線の傾き、即ち硬さの低下していく挙動は、表面層加工処理の有無によらず概ね同一であり、表面層加工処理によって時効挙動が促進されたと考えられる。
【００７３】
実施例１〜４の結果と比べた実施例５〜８の結果より、ＡＣ４Ｂ合金では、ＡＣ４ＣＨ合金とは、表面層加工処理の有無による時効曲線が違っていることがわかる。ＡＣ４Ｂ合金でも、ＡＣ４ＣＨ合金と同様に、表面層加工処理を施した試験片の表層の硬さは、時効時間の増加に伴って低下していった。表層と内部との硬さが逆転することはなかった。このことから、ＡＣ４Ｂ合金においては、表面層加工処理による時効の促進は生じなかったと考えられる。尚、表層の硬さは、内部より１０Ｈｖ前後高い硬さを維持していた。
【００７４】
実施例１〜４及び実施例５〜８の結果と比べた実施例９〜１１の結果より、ＡＣ２Ｂ合金では、ＡＣ４Ｂ合金と概ね同じ傾向の結果が得られた。即ち、ＡＣ２Ｂ合金では、表面層加工処理を施した試験片の表層の硬さは、時効時間の増加に伴って低下していき、低下の始まる時期は、内部の硬さが低下していく時期と同じであった。表層と内部との硬さが逆転することはなかった。このことから、ＡＣ２Ｂ合金においても、表面層加工処理による時効の促進は生じなかったと考えられる。尚、表層の硬さは、内部より１０Ｈｖ前後高い硬さを維持していた。
【００７５】
実施例１２〜２１の結果より、温度条件や表面層加工処理を行うタイミングによって、即ち、表面層加工処理を行う対象の組織状態によって表面層加工処理の効果に差が生じることが伺えた。例えば、溶体化処理後であって人工時効処理前に表面層加工処理を行うと、硬さは大幅に上昇し、人工時効処理したものと概ね同じ硬さとなった。一方、人工時効処理した後に表面層加工処理を行った場合には、硬さは僅かに向上したが、硬さ上昇の比率は、溶体化処理後であって人工時効処理前に表面層加工処理を行う場合に比して小さかった。
【００７６】
実施例２２、２３及び比較例１、２の結果より、ＡＣ４ＣＨ合金を用いた場合に、表面層加工処理によって、大きく疲労強度を向上させ得ることが確認出来た。図１３より、繰り返し破断回数Ｎｆ［回］は、応力振幅σａ［ＭＰａ］との関係において、Ｎｆ＞２．５×１０（９−σａ／５０）を満たしている。これは、展伸材の疲労強度に匹敵するものであり、応力振幅σａ＝１４０［ＭＰａ］のときに、繰り返し破断回数Ｎｆ＞１０７［回］となっている。図１３中に、参考として、６０００系展伸材のデータを示した。尚、図１３中の、右下がりの直線は、Ｎｆ＝２．５×１０（９−σａ／５０）を表している。
【００７７】
実施例２４、２５及び比較例３、４の結果より、ＡＣ４Ｂ合金を用いた場合に、表面層加工処理によって、大きく疲労強度を向上させ得ることが確認出来た。特に、このＡＣ４Ｂ合金では、人工時効処理を施さなくても、即ち、生産に時間を要さない場合であっても、大きく疲労強度が向上した。図１４より、繰り返し破断回数Ｎｆ［回］は、応力振幅σａ［ＭＰａ］との関係において、Ｎｆ＞６×１０（９−σａ／５０）を満たしている。これは、展伸材の疲労強度に匹敵するものであり、応力振幅σａ＝１８０［ＭＰａ］のときに、繰り返し破断回数Ｎｆ＞１０７［回］となっている。図１４中に、参考として、２０００系展伸材のデータを示した。尚、図１４中の、右下がりの直線は、Ｎｆ＝６×１０（９−σａ／５０）を表している。
【００７８】
実施例２６、２７及び比較例５、６の結果より、ＡＣ２Ｂ合金を用いた場合に、表面層加工処理によって、大きく疲労強度を向上させ得ることが確認出来た。図１５より、繰り返し破断回数Ｎｆ［回］は、応力振幅σａ［ＭＰａ］との関係において、Ｎｆ＞２．５×１０（９−σａ／５０）を満たしている。尚、図１５中の、右下がりの直線は、Ｎｆ＝２．５×１０（９−σａ／５０）を表している。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る析出硬化型アルミニウム合金鋳物は、自動車、航空機、建設機械、工作機械等の構造部品、あるいは金型として、利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施例１の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図２】実施例２の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図３】実施例３の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図４】実施例４の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図５】実施例５の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図６】実施例６の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図７】実施例７の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図８】実施例８の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図９】実施例９〜１１の結果を示しており、ロックウエル硬さと人工時効時間との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１２〜１４の結果を示しており、試験片の内部と表層のロックウエル硬さを示すグラフである。
【図１１】実施例１５〜１８の結果を示しており、試験片の内部と表層のロックウエル硬さを示すグラフである。
【図１２】実施例１９〜２１の結果を示しており、試験片の内部と表層のロックウエル硬さを示すグラフである。
【図１３】実施例２２、２３及び比較例１、２にかかる回転曲げ疲労試験の結果を示しており、応力振幅と繰り返し破断回数との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例２４、２５及び比較例３、４にかかる回転曲げ疲労試験の結果を示しており、応力振幅と繰り返し破断回数との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例２６、２７及び比較例５、６にかかる回転曲げ疲労試験の結果を示しており、応力振幅と繰り返し破断回数との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
2009091631.tif 000005
【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】
2009091631.tif 000013
【図１１】
2009091631.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2009091631.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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