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公開番号2025178116
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2025039483
出願日2025-03-12
発明の名称引張強度予測方法及びダイカスト熱処理材の製造方法
出願人日本精工株式会社
代理人弁理士法人栄光事務所
主分類G01N 3/08 20060101AFI20251128BHJP(測定;試験)
要約【課題】アルミニウム合金ダイカスト材の熱処理後の引張強度を予測することができる引張強度予測方法を提供する。
【解決手段】熱処理前試験材の引張強度Up1、元素の固溶量Dp1、巣体積Vp1、及び熱処理後試験材の引張強度Ua1、元素の固溶量Da1、巣体積Va1を測定し、これを式(1):(Ua1/Up1)=A×(Da1/Dp1)+B×(Va1/Vp1)+Cに代入して、定数A、B、Cを算出する。その後、熱処理前対象材中の元素の固溶量Dp2及び巣体積Vp2と、予測工程において予測された熱処理後対象材中の元素の固溶量Da2及び巣体積Va2と、上記定数A、B、Cとを、式(2):(Ua2/Up2)=A×(Da2/Dp2)+B×(Va2/Vp2)+Cに代入して、熱処理後対象材の引張強度(Ua2/Up2)を予測する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アルミニウム合金ダイカスト材からなる熱処理前試験材と、前記アルミニウム合金ダイカスト材に対して複数の熱処理条件で熱処理を実施した熱処理後試験材とを用いて、前記アルミニウム合金ダイカスト材からなる熱処理後対象材の引張強度を予測する引張強度予測方法であって、
前記アルミニウム合金ダイカスト材の組成に応じて、引張強度に影響を与える元素を選択する元素選択工程と、
前記熱処理前試験材中の前記元素の固溶量、巣体積及び引張強度を測定するとともに、複数の前記熱処理後試験材の前記元素の固溶量、巣体積及び引張強度を測定する試験材測定工程と、
前記熱処理前試験材と前記各熱処理後試験材とにおいて、前記元素の固溶量と巣体積と引張強度とが共通の相関関係を有するように、引張強度に関する予測式を導出する予測式導出工程と、
前記複数の熱処理条件と、前記熱処理後試験材における前記元素の固溶量とが所定の関係を有するように、前記元素の固溶量に関する相関関係を導出し、前記熱処理後対象材の固溶量を予測する対象材固溶量予測工程と、
前記複数の熱処理条件と、前記熱処理後試験材の巣体積とが所定の関係を有するように、巣体積に関する相関関係を導出し、前記熱処理後対象材中の巣体積を予測する対象材巣体積予測工程と、
前記対象材固溶量予測工程に基づいて予測された前記熱処理後対象材の前記元素の固溶量と、前記対象材巣体積予測工程に基づいて予測された前記熱処理後対象材中の巣体積とを、前記予測式導出工程において導出された予測式に代入して、前記熱処理後対象材の引張強度を予測する引張強度予測工程と、
を有することを特徴とする、引張強度予測方法。
続きを表示（約 4,000 文字）【請求項２】
前記試験材測定工程は、
前記熱処理前試験材について、引張強度Ｕｐ１、前記元素の固溶量Ｄｐ１及び巣体積Ｖｐ１を測定する熱処理前試験材測定工程と、
少なくとも一部が互いに異なる前記複数の熱処理条件で熱処理を実施した前記各熱処理後試験材について、引張強度Ｕａ１、前記元素の固溶量Ｄａ１、及び巣体積Ｖａ１を測定する熱処理後試験材測定工程と、を有し、
前記予測式導出工程は、
前記熱処理前試験材の前記引張強度Ｕｐ１、前記元素の固溶量Ｄｐ１及び前記巣体積Ｖｐ１、並びに前記各熱処理後試験材の前記引張強度Ｕａ１、前記元素の固溶量Ｄａ１及び前記巣体積Ｖａ１を下記式（１）に代入して、下記式（１）に共通な定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する定数算出工程を有し、
式（１）：（Ｕａ１／Ｕｐ１）＝Ａ×（Ｄａ１／Ｄｐ１）＋Ｂ×（Ｖａ１／Ｖｐ１）＋Ｃ
前記対象材固溶量予測工程は、
前記熱処理前試験材中の前記元素の固溶量Ｄｐ１と、前記各熱処理後試験材中の前記元素の固溶量Ｄａ１との相関関係を導出する固溶量導出工程と、
前記固溶量導出工程により導出された固溶量の相関関係に基づき、熱処理前対象材中の前記元素の固溶量Ｄｐ２から、所定の熱処理条件における前記熱処理後対象材中の前記元素の固溶量Ｄａ２を算出する対象材固溶量算出工程と、を有し、
前記対象材巣体積予測工程は、
前記熱処理前試験材中の巣体積Ｖｐ１と、前記熱処理後試験材中の巣体積Ｖａ１との相関関係を導出する巣体積導出工程と、
前記巣体積導出工程により導出された巣体積の相関関係に基づき、前記熱処理前対象材中の巣体積Ｖｐ２から、前記所定の熱処理条件における前記熱処理後対象材中の巣体積Ｖａ２を算出する対象材巣体積算出工程と、と有し、
前記引張強度予測工程において、
前記熱処理前対象材の前記引張強度Ｕｐ２、前記元素の固溶量Ｄｐ２及び前記巣体積Ｖｐ２、並びに前記熱処理後対象材の前記元素の固溶量Ｄａ２及び前記巣体積Ｖａ２と、前記定数算出工程において導出された定数Ａ、Ｂ、Ｃとを、下記式（２）に代入して、
式（２）：（Ｕａ２／Ｕｐ２）＝Ａ×（Ｄａ２／Ｄｐ２）＋Ｂ×（Ｖａ２／Ｖｐ２）＋Ｃ
前記熱処理後対象材の引張強度（Ｕａ２／Ｕｐ２）を予測することを特徴とする、請求項１に記載の引張強度予測方法。
【請求項３】
前記試験材測定工程は、
前記熱処理前試験材について、引張強度Ｕｐ１、前記元素の固溶量Ｄｐ１及び巣体積Ｖｐ１を測定する熱処理前試験材測定工程と、
少なくとも一部が互いに異なる前記複数の熱処理条件で熱処理を実施した前記各熱処理後試験材について、引張強度Ｕａ１、前記元素の固溶量Ｄａ１、及び巣体積Ｖａ１を測定する熱処理後試験材測定工程と、を有し、
前記予測式導出工程は、
前記熱処理前試験材の前記引張強度Ｕｐ１、前記元素の固溶量Ｄｐ１及び前記巣体積Ｖｐ１、並びに前記各熱処理後試験材の前記引張強度Ｕａ１、前記元素の固溶量Ｄａ１及び前記巣体積Ｖａ１を下記式（３）及び下記式（４）に代入して、下記式（３）及び下記式（４）に共通な定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する定数算出工程を有し、
式（３）：Ｕｐ１＝Ａ×Ｄｐ１＋Ｂ×Ｖｐ１＋Ｃ
式（４）：Ｕａ１＝Ａ×Ｄａ１＋Ｂ×Ｖａ１＋Ｃ
前記対象材固溶量予測工程は、
前記熱処理前試験材中の前記元素の固溶量Ｄｐ１と、前記各熱処理後試験材中の前記元素の固溶量Ｄａ１との相関関係を導出する固溶量導出工程と、
前記固溶量導出工程により導出された固溶量の相関関係に基づき、熱処理前対象材中の前記元素の固溶量Ｄｐ２から、所定の熱処理条件における前記熱処理後対象材中の前記元素の固溶量Ｄａ２を算出する対象材固溶量算出工程と、を有し、
前記対象材巣体積予測工程は、
前記熱処理前試験材中の巣体積Ｖｐ１と、前記熱処理後試験材中の巣体積Ｖａ１との相関関係を導出する巣体積導出工程と、
前記巣体積導出工程により導出された巣体積の相関関係に基づき、前記熱処理前対象材中の巣体積Ｖｐ２から、前記所定の熱処理条件における前記熱処理後対象材中の巣体積Ｖａ２を算出する対象材巣体積算出工程と、と有し、
前記引張強度予測工程において、
前記熱処理後対象材の前記元素の固溶量Ｄａ２及び前記巣体積Ｖａ２と、前記定数算出工程において導出された定数Ａ、Ｂ、Ｃとを、下記式（５）に代入して、
式（５）：Ｕａ２＝Ａ×Ｄａ２＋Ｂ×Ｖａ２＋Ｃ
前記熱処理後対象材の引張強度Ｕａ２を予測することを特徴とする、請求項１に記載の引張強度予測方法。
【請求項４】
さらに、前記引張強度予測工程の後に調整工程を有し、
前記調整工程は、
前記熱処理後対象材の引張強度Ｕａ３を実測する強度実測工程と、
前記引張強度予測工程において予測された前記熱処理後対象材の引張強度Ｕａ２と、前記強度実測工程において実測された前記引張強度Ｕａ３とを比較して、誤差が発生しているかどうかを確認する確認工程と、
前記確認工程において、所定以上の誤差が生じていた場合に、前記試験材測定工程において使用された熱処理条件の他の複数の熱処理条件で、前記アルミニウム合金ダイカスト材に対して熱処理を実施し、前記試験材測定工程、前記予測式導出工程、前記対象材固溶量予測工程、前記対象材巣体積予測工程及び前記引張強度予測工程を繰り返す再予測工程と、を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の引張強度予測方法。
【請求項５】
前記元素選択工程において、前記熱処理前試験材に含まれる複数の元素の固溶量及び前記熱処理前試験材の引張強度Ｕｐ１と、前記複数の熱処理条件で熱処理を実施した後の前記各熱処理後試験材に含まれる前記複数の元素の固溶量及び前記各熱処理後試験材の引張強度Ｕａ１と、を比較して、前記複数の元素のうち、前記引張強度Ｕｐ１及び前記引張強度Ｕａ１と相関性が高い元素を選択することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の引張強度予測方法。
【請求項６】
前記複数の熱処理条件は、少なくとも一部が互いに異なる試験温度Ｔ１及び試験時間Ｈ１で実施する熱処理条件であり、
前記固溶量導出工程は、
前記試験温度Ｔ１及び前記試験時間Ｈ１に基づき、下記式（６）により算出されるラーソンミラーパラメータＬＭＰ１と、前記複数の熱処理条件で熱処理を実施した後の前記熱処理後試験材中の前記元素の固溶量Ｄａ１とが、高い相関関係を有するように定数Ｘを算出する、熱量定量化工程を有し、
式（６）：ＬＭＰ１＝Ｔ１×（Ｘ＋Ｌｏｇ（Ｈ１））
前記対象材固溶量算出工程において、
前記熱量定量化工程において算出された定数Ｘと、前記熱処理前対象材に対して実施される熱処理の温度Ｔ２及び時間Ｈ２とを、下記式（７）に代入し、
式（７）：ＬＭＰ２＝Ｔ２×（Ｘ＋Ｌｏｇ（Ｈ２））
得られたラーソンミラーパラメータＬＭＰ２に基づき、前記熱処理後対象材中の前記元素の固溶量Ｄａ２を算出することを特徴とする、請求項２又は３に記載の引張強度予測方法。
【請求項７】
前記固溶量導出工程において、前記複数の熱処理条件のうち、前記熱処理後試験材中の前記元素の固溶量Ｄａ１の、前記熱処理後試験材の引張強度Ｕａ１に対する効果が飽和状態となる熱処理条件が存在する場合に、
前記引張強度Ｕａ１が飽和状態となる熱処理条件を除いて、前記熱処理前試験材中の前記元素の固溶量Ｄｐ１と、前記熱処理後試験材中の前記元素の固溶量Ｄａ１との相関関係を導出することを特徴とする、請求項２又は３に記載の引張強度予測方法。
【請求項８】
前記試験材測定工程は、
前記熱処理前試験材中の巣体積Ｖｐ１と、前記熱処理後試験材中の巣体積Ｖａ１とを、それぞれＣＴにより測定し、
前記巣体積導出工程において、
前記熱処理前試験材中の巣体積Ｖｐ１と、前記熱処理後試験材中の巣体積Ｖａ１とを、ワイブル分析を用いて整理することにより、前記巣体積Ｖｐ１と前記巣体積Ｖａ１との相関関係を導出することを特徴とする、請求項２又は３に記載の引張強度予測方法。
【請求項９】
前記アルミニウム合金ダイカスト材は、ＪＩＳＨ５３０２：２００６に規定される合金記号ＡＤＣ１２で表されるＡｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金材であり、
前記引張強度に影響を与える前記元素は、Ｃｕであることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の引張強度予測方法。
【請求項１０】
請求項１～３のいずれか１項に記載の引張強度予測方法を含む工程を有するダイカスト熱処理材の製造方法であって、
前記アルミニウム合金ダイカスト材からなる熱処理前対象材に対して、溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程後の前記熱処理後対象材を急冷する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後の焼入れ後対象材に対して、人工時効硬化処理を実施する人工時効硬化処理工程と、を有し、
前記溶体化処理工程において、前記引張強度予測方法により予測された前記熱処理後対象材の引張強度が目的とする範囲となるように、前記溶体化処理の熱処理条件を選択することを特徴とする、ダイカスト熱処理材の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金ダイカスト材に対して熱処理を施した後の引張強度を予測する引張強度予測方法、及び該引張強度予測方法により予測された引張強度を用いて、目的とする引張強度を有するダイカスト熱処理材を容易に製造することができるダイカスト熱処理材の製造方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ダイカストを用いた鋳造は、溶湯の充填速度が速いため、大量生産に好適であるとともに、容易に複雑な形状の部材を製造することができ、優れた歩留まりを得ることができる鋳造方法である。しかし、ダイカストは、溶湯が高速で型内に充填されるため、型内で気体が巻き込まれてそのまま溶湯が凝固し、巻込み巣が形成される。そして、このダイカスト材に対して、引張強度を向上させるために熱処理（溶体化処理）を実施すると、巻込み巣が膨張することがある。また、膨張した巻込み巣が応力集中部に存在すると、これを起点として熱処理材が破壊し、機械的強度が著しく低下してしまう。
【０００３】
ダイカスト材に対する熱処理の方法として、例えば特許文献１には、ブリスターがなく、優れた強度を有するアルミニウム合金ダイカスト部材を製造し得る、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金からなるアルミニウム合金ダイカスト部材の熱処理方法が開示されている。上記特許文献１に記載の熱処理方法は、体積膨張率が０．４％以下となる第１の加熱温度と時間で加熱処理する第１の工程と、上記第１の工程の後に続けて実施される、４００℃以上であり、且つ、上記第１の加熱温度より高く、Ｃｕのα－Ａｌ相中への固溶量が所望の固溶量となる第２の加熱温度で加熱処理する第２の工程と、を含むものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第４８３９２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、対象とするアルミニウム合金の組成や種類が規定されており、種々のアルミニウム合金材に上記技術を対応させることは困難である。例えば、高い強度を得ることができる好適な熱処理方法は、アルミニウム合金材の組成や種類のみならず、製造するアルミニウム合金材の形状や熱処理条件によって様々である。したがって、加熱温度を所定の範囲に規定した場合であっても、所望の強度を有するダイカスト材を得ることができないことがある。また、一律的に熱処理条件を選択すると、必要な時間以上に加熱することがあり、生産効率が低下する。
【０００６】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金ダイカスト材の熱処理後の引張強度を予測することができる引張強度予測方法、及び該予測方法を用いて、目的とする引張強度を有するダイカスト熱処理材を、容易に高い生産効率で製造することができるダイカスト熱処理材の製造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】
【０００７】
本発明の上記目的は、引張強度予測方法に係る下記［１］の構成により達成される。
【０００８】
［１］アルミニウム合金ダイカスト材からなる熱処理前試験材と、前記アルミニウム合金ダイカスト材に対して複数の熱処理条件で熱処理を実施した熱処理後試験材とを用いて、前記アルミニウム合金ダイカスト材からなる熱処理後対象材の引張強度を予測する引張強度予測方法であって、
前記アルミニウム合金ダイカスト材の組成に応じて、引張強度に影響を与える元素を選択する元素選択工程と、
前記熱処理前試験材中の前記元素の固溶量、巣体積及び引張強度を測定するとともに、複数の前記熱処理後試験材の前記元素の固溶量、巣体積及び引張強度を測定する試験材測定工程と、
前記熱処理前試験材と前記各熱処理後試験材とにおいて、前記元素の固溶量と巣体積と引張強度とが共通の相関関係を有するように、引張強度に関する予測式を導出する予測式導出工程と、
前記複数の熱処理条件と、前記熱処理後試験材における前記元素の固溶量とが所定の関係を有するように、前記元素の固溶量に関する相関関係を導出し、前記熱処理後対象材の固溶量を予測する対象材固溶量予測工程と、
前記複数の熱処理条件と、前記熱処理後試験材の巣体積とが所定の関係を有するように、巣体積に関する相関関係を導出し、前記熱処理後対象材中の巣体積を予測する対象材巣体積予測工程と、
前記対象材固溶量予測工程に基づいて予測された前記熱処理後対象材の前記元素の固溶量と、前記対象材巣体積予測工程に基づいて予測された前記熱処理後対象材中の巣体積とを、前記予測式導出工程において導出された予測式に代入して、前記熱処理後対象材の引張強度を予測する引張強度予測工程と、
を有することを特徴とする、引張強度予測方法。
【０００９】
また、引張強度予測方法に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［９］に関する。
【００１０】
［２］前記試験材測定工程は、
前記熱処理前試験材について、引張強度Ｕｐ１、前記元素の固溶量Ｄｐ１及び巣体積Ｖｐ１を測定する熱処理前試験材測定工程と、
少なくとも一部が互いに異なる前記複数の熱処理条件で熱処理を実施した前記各熱処理後試験材について、引張強度Ｕａ１、前記元素の固溶量Ｄａ１、及び巣体積Ｖａ１を測定する熱処理後試験材測定工程と、を有し、
前記予測式導出工程は、
前記熱処理前試験材の前記引張強度Ｕｐ１、前記元素の固溶量Ｄｐ１及び前記巣体積Ｖｐ１、並びに前記各熱処理後試験材の前記引張強度Ｕａ１、前記元素の固溶量Ｄａ１及び前記巣体積Ｖａ１を下記式（１）に代入して、下記式（１）に共通な定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する定数算出工程を有し、
式（１）：（Ｕａ１／Ｕｐ１）＝Ａ×（Ｄａ１／Ｄｐ１）＋Ｂ×（Ｖａ１／Ｖｐ１）＋Ｃ
前記対象材固溶量予測工程は、
前記熱処理前試験材中の前記元素の固溶量Ｄｐ１と、前記各熱処理後試験材中の前記元素の固溶量Ｄａ１との相関関係を導出する固溶量導出工程と、
前記固溶量導出工程により導出された固溶量の相関関係に基づき、熱処理前対象材中の前記元素の固溶量Ｄｐ２から、所定の熱処理条件における前記熱処理後対象材中の前記元素の固溶量Ｄａ２を算出する対象材固溶量算出工程と、を有し、
前記対象材巣体積予測工程は、
前記熱処理前試験材中の巣体積Ｖｐ１と、前記熱処理後試験材中の巣体積Ｖａ１との相関関係を導出する巣体積導出工程と、
前記巣体積導出工程により導出された巣体積の相関関係に基づき、前記熱処理前対象材中の巣体積Ｖｐ２から、前記所定の熱処理条件における前記熱処理後対象材中の巣体積Ｖａ２を算出する対象材巣体積算出工程と、と有し、
前記引張強度予測工程において、
前記熱処理前対象材の前記引張強度Ｕｐ２、前記元素の固溶量Ｄｐ２及び前記巣体積Ｖｐ２、並びに前記熱処理後対象材の前記元素の固溶量Ｄａ２及び前記巣体積Ｖａ２と、前記定数算出工程において導出された定数Ａ、Ｂ、Ｃとを、下記式（２）に代入して、
式（２）：（Ｕａ２／Ｕｐ２）＝Ａ×（Ｄａ２／Ｄｐ２）＋Ｂ×（Ｖａ２／Ｖｐ２）＋Ｃ
前記熱処理後対象材の引張強度（Ｕａ２／Ｕｐ２）を予測することを特徴とする、［１］に記載の引張強度予測方法。
（【００１１】以降は省略されています）

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