JP2015074009A

JP2015074009A - ボルトの製造方法とボルト

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Publication number: JP2015074009A
Application number: JP2013211472A
Authority: JP
Inventors: 栄治柏木; Eiji Kashiwagi; 真己渡辺; Masami Watanabe; 展幸長田; Noriyuki Osada; 一輝小林; Kazuki Kobayashi; 信土田; Makoto Tsuchida
Original assignee: SUS Corp
Current assignee: SUS Corp
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-20
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: JP6351229B2

Abstract

【課題】複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界の発生をなくし、腐食の内部への進行を抑えて、例えば、応力集中等に起因した破断を防止することができるボルトの製造方法とボルトを提供すること。【解決手段】アルミニウム合金製の線材片に鍛造加工を施し、上記鍛造加工された線材片に溶体化処理を施し、上記溶体化処理を施された線材片に転造加工を施して雄ネジ部を成形するようにし、複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界の発生をなくしたもの。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、アルミフレームの締結に使用されるアルミニウム合金製のボルトを製造するボルトの製造方法とボルトに係り、特に、複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界の発生をなくし、腐食の内部への進行を抑えて、例えば、応力集中等に起因した破断を防止することができるように工夫したものに関する。

従来、アルミニウム合金製のボルトの製造は、例えば、次のような工程で行われていた。
まず、所定の長さのアルミニウム合金製の線材片を用意する。次に、この線材片に鍛造加工を施し、頭部や軸部を成形する。
次に、上記軸部に転造加工を施して雄ネジ部を成形する。これにより、上記線材片からボルトが成形されることになる。

次に、溶体化処理を施す。この溶体化処理は、例えば、電気炉の中で、上記成形されたボルトを４５０℃で３時間加熱した後水冷するものである。
そして、上記ボルトを水冷した後、最後に、時効処理を施す。この時効処理は、例えば、電気炉の中で、上記成形されたボルトを１２０℃で２４時間加熱した後放冷するものである。

また、アルミニウム合金製のボルトの製造方法を記載したものとして、例えば、特許文献１がある。

特開平６−１８５５１２号公報

しかし、上記従来の方法によると、例えば、応力集中等に起因して、ボルトが破断してしまうという問題があった。以下、図１６を参照して詳しく説明する。図１６は、従来の製造方法によりアルミニウム合金製のボルトを製造した場合に、結晶組織が各工程でどのように変化していくかを順次示す図である。
まず、図１６（ａ）に示すように、線材片２０１の結晶組織は、鍛造される前の素材の状態では、Ｏ材（焼きなまし処理が施された金属材料）化され、再結晶組織となっており、無数の球状の結晶粒２０３が形成されている。
次に、上記線材片２０１に鍛造加工を施すと、図１６（ｂ）に示すように、上記結晶粒２０３の形状が棒状に変化する。

次に、転造加工を施して雄ネジ部２０５を成形してボルト２０７とする。その際、図１６（ｃ）に示すように、上記雄ネジ部２０５には、表面に沿って変形した結晶粒２０３が配列し、結晶組織中には転位、空孔が多く存在している。
ここで、溶体化処理を行うと、上記ボルト２０７は、再結晶温度以上の高温に加熱されるため、図１６（ｄ）に示すように、上記変形した結晶粒２０３による結晶組織が再結晶化され、球状に近い結晶粒２０３による結晶組織に戻る。これにより、上記雄ネジ部２０５に複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界が生じることになる。
その後、時効処理を施すことにより、図１６（ｅ）に示すように、結晶粒内及び結晶粒界上へ化合物が析出するが、結晶粒界上への上記化合物の析出が多くなるので、上記ボルト２０７が腐食した際、その腐食が結晶粒界の隙間に沿って内部へと進行し、その結果、例えば、応力集中等によって上記ボルト２０７が破断してしまうことになる。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界の発生をなくし、これにより、内部への腐食の進行を抑えて、例えば、応力集中等に起因した破断を防止することが可能なボルトの製造方法とボルトを提供することにある。

上記課題を解決するべく本願発明の請求項１によるボルトの製造方法は、アルミニウム合金製の線材片に鍛造加工を施し、上記鍛造加工が施された線材片に溶体化処理を施し、上記溶体化処理が施された線材片に転造加工を施して雄ネジ部を成形するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２によるボルトの製造方法は、請求項１記載のボルトの製造方法において、上記溶体化処理の加熱温度は４５０℃〜４８０℃であることを特徴とするものである。
又、請求項３によるボルトの製造方法は、請求項１又は請求項２記載のボルトの製造方法において、上記溶体化処理の加熱時間は３時間〜１０時間であることを特徴とするものである。
又、請求項４によるボルトの製造方法は、請求項１〜請求項３の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記転造加工後に時効処理を施すようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項５によるボルトの製造方法は、請求項４記載のボルトの製造方法において、上記時効処理の加熱温度は１０５℃〜１３５℃であることを特徴とするものである。
又、請求項６によるボルトの製造方法は、請求項４又は請求項５記載のボルトの製造方法において、上記時効処理の加熱時間は８時間〜３６時間であることを特徴とするものである。
又、請求項７によるボルトの製造方法は、請求項４〜請求項６の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記時効処理後に復元処理を施し、上記復元処理後に再時効処理を施すことを特徴とするものである。
又、請求項８によるボルトの製造方法は、請求項７記載のボルトの製造方法において、上記再時効処理の加熱温度は１０５℃〜１３５℃であることを特徴とするものである。
又、請求項９によるボルトの製造方法は、請求項７又は請求項８記載のボルトの製造方法において、上記再時効処理の加熱時間は８時間〜３６時間であることを特徴とするものである。
又、請求項１０によるボルトの製造方法は、請求項７〜請求項９の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記復元処理の加熱温度は、２００℃〜２５０℃であることを特徴とするものである。
又、請求項１１によるボルトの製造方法は、請求項７〜請求項１０の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記復元処理の加熱時間は０．５分〜３０分であることを特徴とするものである。
又、請求項１２によるボルトの製造方法は、請求項１〜請求項１１の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系高力アルミニウム合金であることを特徴とするものである。
又、請求項１３によるボルトは、請求項１〜請求項１２の何れかに記載されたボルトの製造方法により製造されることを特徴とするものである。

以上述べたように、本願発明の請求項１記載のボルトの製造方法によると、アルミニウム合金製の線材片に鍛造加工を施し、上記鍛造加工された線材片に溶体化処理を施し、上記溶体化処理を施された線材片に転造加工を施して雄ネジ部を成形するようにしているため、雄ネジ部に複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界ではなく、層状の結晶粒界が生じることになり、腐食の内部への進行を抑制し、例えば、応力集中に起因した破断を防止することができる。
又、請求項２記載のボルトの製造方法によると、請求項１記載のボルトの製造方法において、上記溶体化処理の加熱温度は４５０℃〜４８０℃であるので、所望の溶体化処理を行って、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項３によるボルトの製造方法は、請求項１又は請求項２記載のボルトの製造方法において、上記溶体化処理の加熱時間は３時間〜１０時間であるので、上記効果をより高めることができる。
又、請求項４記載のボルトの製造方法によると、請求項１〜請求項３の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記転造加工後に時効処理を施すようにしたので、結晶組織中に化合物が析出し、腐食された際にこの化合物が優先的に腐食されることで内部への腐食の進行を防ぐことができるボルトを製造することができる。
又、請求項５記載のボルトの製造方法によると、請求項４記載のボルトの製造方法において、上記時効処理の加熱温度は１０５℃〜１３５℃であるので、所望の時効処理を行って、上記効果をより確実なものとすることができる。
又、請求項６記載のボルトの製造方法によると、請求項４又は請求項５記載のボルトの製造方法において、上記時効処理の加熱時間は８時間〜３６時間であるので、上記効果をより高めることができる。
又、請求項７記載のボルトの製造方法によると、請求項４〜請求項６の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記時効処理後に復元処理を施し、上記復元処理後に再時効処理を施すようにしたので、結晶粒界に析出する化合物を少なくすることができ、さらに内部への腐食の進行を防止できるボルトを製造することができる。
又、請求項８記載のボルトの製造方法によると、請求項７記載のボルトの製造方法において、上記再時効処理の加熱温度は１０５℃〜１３５℃であるので、所望の再時効処理を行って、上記効果をさらに高めることができる。
又、請求項９記載のボルトの製造方法によると、請求項７又は請求項８記載のボルトの製造方法において、上記再時効処理の加熱時間は８時間〜３６時間であるので、上記効果をさらに高めることができる。
又、請求項１０記載のボルトの製造方法によると、請求項７〜請求項９の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記復元処理の加熱温度は、２００℃〜２５０℃であるため、所望の復元処理を行って、上記効果をさらに高めることができる。
又、請求項１１によるボルトの製造方法によると、請求項７〜請求項１０の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記復元処理の加熱時間は０．５分〜３０分であるので、上記効果をより高めることができる。
又、請求項１２によるボルトの製造方法によると、請求項１〜請求項１１の何れかに記載のボルトの製造方法において、上記アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系高力アルミニウム合金であるので、上記効果をより顕著にえることができる。
又、請求項１３記載のボルトは、請求項１〜請求項１２の何れかに記載されたボルトの製造方法により製造されるため、上記ボルトの雄ネジ部の谷に複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界ではなく、層状の結晶粒界が生じるようにすることができ、ボルトが腐食した際、その腐食がボルトの内部まで進行してしまうことを防止でき、例えば、応力集中に起因したボルトの破断を防止することができる。

本発明の一実施の形態を示す図で、図１（ａ）はボルトの平面図、図１（ｂ）はボルトの正面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、線材片の組成を示す表である。本発明の一実施の形態を示す図で、縦軸に温度をとり、横軸に経過時間をとり、ボルトの製造方法における各工程と温度変化を示すグラフである。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの製造方法の内の鍛造加工を工程順に示したものであり、図４（ａ）はせん断された線材片を示す正面図、図４（ｂ）は線材片に一段目の鍛造加工を施した状態を示す正面図、図４（ｃ）は線材片に最終段の鍛造加工を施した状態を示す正面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの製造方法の内の鍛造加工を工程順に示したものであり、図５（ａ）は線材をせん断して線材片を得る様子を示す正面図、図５（ｂ）はせん断された線材片に一段目の鍛造加工を施す様子を示す正面図、図５（ｃ）は線材片に最終段の鍛造加工を施す様子を示す正面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの製造方法の内の溶体化処理、時効処理、及び、再時効処理に使用する電気炉の断面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの製造方法の内の転造加工により雄ネジ部を成形する工程を示す側面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの製造方法における結晶構造の変化を示す図で、図８（ａ）はせん断された線材片の結晶構造を示す側面図、図８（ｂ）は鍛造加工が施された線材片の結晶構造を示す側面図、図８（ｃ）は鍛造加工が施された後に溶体化処理が施された線材片の結晶構造を示す側面図、図８（ｄ）は線材片に溶体化処理が施された後に転造加工が施されボルトが成形された際の結晶構造を示す側面図、図８（ｅ）はボルトに時効処理が施された後の結晶構造を示す側面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの製造方法の鍛造工程以降に行われる工程とその順番を、各実施例と従来例を対比しながら示す表である。本発明の一実施の形態を示す図で、図１０（ａ）は実施例１によるボルトに関して塩水噴霧試験前の雄ネジ部の断面組織（ケラー氏液エッチング）を示す写真、図１０（ｂ）は実施例１によるボルトに関して塩水噴霧試験５００時間後の雄ネジ部の断面腐食状況を示す写真である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの腐食試験の様子を示す断面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの引張試験の様子を示す断面図である。本発明の一実施の形態を示す図で、ボルトの腐食試験前後における引張強度を各実施例と従来例を対比しながら示す表である。本発明の一実施の形態を示す図で、図１４（ａ）は実施例２によるボルトに関して塩水噴霧試験前の雄ネジ部の断面組織（ケラー氏液エッチング）を示す写真、図１４（ｂ）は実施例２によるボルトに関して塩水噴霧試験５００時間後の雄ネジ部の断面腐食状況を示す写真である。従来例を示す図で、図１５（ａ）は従来例によるボルトに関して塩水噴霧試験前の雄ネジ部の断面組織（ケラー氏液エッチング）を示す写真、図１５（ｂ）は従来例によるボルトに関して塩水噴霧試験５００時間後の雄ネジ部の断面腐食状況を示す写真である。従来例を示す図で、ボルトの製造方法における結晶構造の変化を示す図で、図１６（ａ）はせん断された線材片の結晶構造を示す側面図、図１６（ｂ）は鍛造加工が施された線材片の結晶構造を示す側面図、図１６（ｃ）は鍛造加工が施された後に転造加工が施されボルトが成形された際の結晶構造を示す側面図、図１６（ｄ）はボルトに溶体化処理が施された際の結晶構造を示す側面図、図１６（ｅ）は溶体化処理後にボルトに時効処理を施した後の結晶構造を示す側面図である。

以下、図１乃至図１４を参照しながら、本発明の一実施の形態を説明する。
まず、本実施の形態によるボルト１の構成を図１を参照しながら説明する。
本実施の形態によるボルト１は、図１に示すように、頭部３と軸部５から構成されている。上記頭部３は、図１に示すように、略円筒形状を成しており、反軸部５側の端面（図１（ａ）中紙面垂直方向手前側の面）には治具用凹部７が形成されている。また、上記頭部３の反軸部５側（図１（ｂ）中上側）の外縁部には面取り部９が形成されている。また、上記頭部３の軸部５側（図１（ｂ）中下側）の外縁部にはテーパ部１１が形成されている。

上記軸部５の反頭部３側（図１（ｂ）中下側）は、縮径されて小径部１３となっており、ここに雄ネジ部１５が形成されている。
なお、上記軸部５の、上記頭部３と上記小径部１３との間は、大径部１７となっている。
また、上記軸部５の大径部１７と小径部１３との間にはテーパ部１９が設けられている。
また、上記ボルト１は、例えば、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系高力アルミニウム合金製であり、具体的には、図２に示すような組成となっている。まず、ケイ素（Ｓｉ）が０．０２（ｍａｓｓ％）、鉄（Ｆｅ）が０．０６（ｍａｓｓ％）、銅（Ｃｕ）が２．３（ｍａｓｓ％）、マグネシウム（Ｍｇ）が２．２（ｍａｓｓ％）、亜鉛（Ｚｎ）が６．４（ｍａｓｓ％）、ジルコニウム（Ｚｒ）が０．１（ｍａｓｓ％）、残部がアルミニウム（Ａｌ）である。
また、上記構成のボルト１を使用して、各種アルミフレームの締結を行うものである。

次に、上記ボルト１の製造方法の概要を、図３を参照しながら説明する。図３は、横軸に時間（ｔ）をとり、縦軸に温度（℃）をとり、本実施の形態によるボルト１の製造方法を、温度の時間変化との関係で示した図である。図３に示すように、まず、鍛造加工が行われ、上記ボルト１の雄ネジ部１５以外の部分が成形される。次に、溶体化処理が施される。この溶体化処理は、例えば、４５０℃〜４８０℃で３時間〜１０時間加熱し、その後、水冷する処理である。次に、転造加工が施される。これにより、上記ボルト１の雄ネジ部１５が成形される。
次に、時効処理が施される。この時効処理は、例えば、１０５℃〜１３５℃で８時間〜３６時間加熱し、その後、放冷する処理である。これらの工程を経て上記ボルト１が完成される。
また、上記時効処理の後に復元処理が施され、この復元処理後に、再時効処理が施される場合もある。上記復元処理は、例えば、２００℃〜２５０℃で０．５分〜３０分加熱し、その後、水冷する処理である。また、上記再時効処理は、上記時効処理と同様に、例えば、１０５℃〜１３５℃で８時間〜３６時間加熱し、その後、放冷する処理である。
以上が、本実施の形態によるボルト１の製造方法の概要である。

次に、各工程を詳細に説明する。
まず、鍛造加工について、図４及び図５を参照しながら説明する。
まず、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、図示しないリールに巻き取られているＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系高力アルミニウム合金製の線材２１の先端を固定刃２０ａと可動刃２０ｂとによって所定の長さ分せん断して、線材片２１ａを得る。

次に、図５（ｂ）に示すように、上記線材片２１ａに、一段目の鍛造加工を施す。ここでは、図５（ｂ）に示すように、ダイ３１、押し出しピン３３、及び、頭部・軸部成形用パンチ３５を用いて行う。
上記ダイ３１には、図５（ｂ）中下側が縮径された貫通孔３７が形成されている。この貫通孔３７に、図５（ｂ）中下側から上記押し出しピン３３を挿入する。上記押し出しピン３３の径は、上記貫通孔３７の縮径された側の径と同じに設定されている。

そして、上記頭部・軸部成形用パンチ３５を、図５（ｂ）中上側から、上記貫通孔３７内に挿入し、上記線材片２１ａを押圧・変形させる。
これにより、上記線材片２１ａは、図４（ｂ）に示すような、頭部３と軸部５が成形された形状に塑性変形される。
頭部３と軸部５が成形された上記線材片２１ａは、上記押し出しピン３３によって図５（ｂ）中上側へと押し出され、上記貫通孔３７の外に排出される。

次に、図５（ｃ）に示すように、上記線材片２１ａに、最終段の鍛造加工を施す。ここでは、図５（ｃ）に示すように、ダイ４７、押し出しピン４９、及び、成形用パンチ５１を用いて行う。
上記ダイ４７には、図５（ｃ）に示すような形状の貫通孔５３が形成されている。この貫通孔５３に、図５（ｃ）中下側から上記押し出しピン４９を挿入する。上記押し出しピン４９の径は、上記貫通孔５３の図５（ｃ）中下側の径と同じに設定されている。

そして、上記成形用パンチ５１を、図５（ｃ）中上側から、上記貫通孔５３内に挿入し、上記線材片２１ａを押圧・変形させる。
これにより、上記線材片２１ａは、図４（ｃ）に示すような形状に塑性変形される。
成形された上記線材片２１ａは、上記押し出しピン４９によって図５（ｃ）中上側へと押し出され、上記貫通孔５３の外に排出される。
これにより、上記線材片２１ａの鍛造加工が終了する。

次に、鍛造加工された上記線材片２１ａに溶体化処理を施す。この溶体化処理は、図６に示すような電気炉６１を用いて行われる。この電気炉６１は、箱状の炉本体６３を備えていて、この炉本体６３の図６中左右両端側にヒータ６５、６５が設置されている。また、上記炉本体６３内の上記ヒータ６５、６５より内側には、それぞれエアシャッタ６７、６７が設置されている。
また、上記炉本体６３内の上面（図６中上側の面）にはファン６９が設置されており、上記炉本体６３の外部の図６中上側には、上記ファン６９を回転させるモータ７１が設置されている。

そして、上記炉本体６３内には、棚７５が設置されている。この棚７５に鍛造加工が施された複数の上記線材片２１ａを並べ、上記ヒータ６５、６５によって、例えば、４５０℃〜４８０℃で、例えば、３時間〜１０時間加熱し、その後、水冷する。

次に、上記溶体化処理がされた線材片２１ａに転造加工を施す。
上記線材片２１ａの転造加工は、次のようにして行われる。図７に示すように、外周面に螺旋状の凹凸が形成された転造ダイス８１、８３があり、これら転造ダイス８１、８３は、それぞれ、互いに逆方向に回転される。上記転造ダイス８１、８３の間に上記線材片２１ａの軸部５を挿入すると、上記線材片２１ａの軸部５は上記転造ダイス８１、８３の外周面の凹凸形状によって塑性変形される。これによって、上記軸部５には、雄ネジ部１５が形成され、上記線材片２１ａはボルト１となる。

次に、上記ボルト１に時効処理を施す。この時効処理は、図６に示す電気炉６１内で行われ、例えば、１０５℃〜１３５℃で、例えば、８時間〜３６時間加熱し、その後、放冷する。
このようにして、上記ボルト１が完成される。

また、上記ボルト１の時効処理の後、復元処理が行われ、その後、さらに、再時効処理が行われる場合もある。上記復元処理は、上記ボルト１を、上記電気炉６１内で、例えば、２００℃〜２５０℃で、例えば、０．５分〜３０分加熱し、その後水冷するものである。上記再時効処理は、上記時効処理と同様の条件で行われる。すなわち、上記電気炉６１内で、例えば、１０５℃〜１３５℃で例えば、８時間〜３６時間加熱し、その後放冷する。
また、必要に応じて、その後、上記ボルト１に陽極酸化処理が行われる場合もある。この場合、上記ボルト１の表面に陽極酸化被膜が形成される。

また、上記線材片２１ａからボルト１が製造されていく過程で、上記線材片２１ａ（又は、ボルト１）の組織は、図８に示すように変化する。まず、上記線材片２１ａは、鍛造される前の素材の状態では、図８（ａ）に示すように、Ｏ材（焼きなまし処理が施された金属材料）化され、再結晶組織となっており、無数の球状の結晶粒９１が形成されている。
上記線材片２１ａに鍛造加工を施すと、図８（ｂ）に示すように、上記結晶粒９１の形状が棒状に変化する。

鍛造加工後に、上記線材片２１ａに溶体化処理を施すと、図８（ｃ）に示すように、上記結晶粒９１は再結晶化され、上記結晶粒９１の形状は球状に近い形状になる。
ここで、転造加工を施し上記線材片２１ａをボルト１とすると、図８（ｄ）に示すように、上記結晶粒９１は棒状の形状に変化する。これにより、上記ボルト１の雄ネジ部１５には、層状の結晶組織が形成される。このような層状の結晶組織により、上記ボルト１の雄ネジ部１５では、表面側に腐食が発生しても、上記ボルト１の内部へは上記腐食が進行し難い状態となる。
なお、既に述べたように、仮に、転造加工後に溶体化処理を施すと、上記転造加工によって成形された雄ネジ部に複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界が生じてしまうことになるが、本実施の形態では、溶体化処理後に転造加工を施すことにより、溶体化処理により生じた球状に近い形状の結晶粒９１を層状の結晶組織に変化させるものである。

そして、その後、時効処理を施すと、図８（ｅ）に示すように、上記結晶粒９１内に化合物が析出するとともに、上記結晶粒界にも化合物が析出する。上記ボルト１が腐食された際、上記化合物が優先的に腐食されることで、上記ボルト１の内部への腐食の進行はさらに防止される。

また、上記時効処理の後に復元処理を施し、その後、再時効処理を施すことにより、上記結晶粒界に析出する化合物の量が少なくなる。

次に、本実施の形態によるボルトの製造方法、及び、ボルト１の効果について説明する。
まず、前述したように、溶体化処理を施した後に、上記ボルト１の雄ネジ部１５を成形するための転造加工を行うため、上記雄ネジ部１５の結晶組織を層状にすることができる。上記ボルト１が腐食環境に置かれた場合、結晶粒界に沿って腐食が進行する為、このような層状の結晶組織により、上記ボルト１の雄ネジ部１５の表面で発生した腐食が内部に進行してしまうことを防止できる。
また、上記ボルト１の内部への腐食の進行を防止することで、例えば、応力手中に起因したボルト１の破断を防止することができる。

また、上記ボルト１は、時効処理が施されるため、上記結晶粒９１内に化合物が析出するとともに、上記結晶粒界にも化合物が析出し、上記ボルト１が腐食された際、上記化合物が優先的に腐食されることで、上記ボルト１の内部への腐食の進行をさらに防止することができる。
また、上記時効処理の後、復元処理を施し、その後、再時効処理を施すことにより、上記結晶粒界に析出する化合物の量を少なくすることができ、これによって内部への腐食の進行をさらに防止できる。
なお、容体化処理、時効処理、復元処理、再時効処理について、既に説明した各温度範囲内、各時間内で行った場合は、上記効果を確実に得ることができた。

次に、効果を確認するために、本実施の形態の実施例１について説明する。
この実施例１では、図９の表の「実施例１」の行に示すような工程で、ボルト１ａを製造した。すなわち、鍛造工程が行われ、溶体化処理が行われ、その後、転造工程が行われ、続いて、時効処理が行われる。溶体化処理では４５０℃で３時間加熱した後水冷した。時効処理では１２０℃で２４時間加熱した後放冷した。

実施例１によるボルト１ａは、図１０（ａ）の写真に示すような組織となっている。すなわち、層状の結晶組織がみられ、複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界は生じていない。

次に、このようにして製造されたボルト１ａに、図１１に示すようにして、腐食試験（ＪＩＳＺ２３７１塩水噴霧試験）を施した。すなわち、上記ボルト１ａとナット９３、及び、ワッシャ９４によって、被締結部材９５ａ、９５ｂ、９５ｃが締結された状態とし、この状態で５％の温塩水を噴霧し、５００時間放置したものである。

上記腐食試験の結果を、図１０（ｂ）の写真に示す。この図１０（ｂ）の写真では、上記ボルト１ａの雄ネジ部１５の斜面に腐食がみられるが、その腐食はボルト１ａの内部に進行していない。

次に、上記ボルト１ａの引張り試験を行った。
上記図１２に示すように、引張用治具１０１に上記ボルト１ａを貫通させるとともにその頭部３を係合させ、固定用治具１０３に上記ボルト１ａの軸部５の雄ネジ部１５を螺合・固定させる。
そして、上記引張用治具１０１を図１２中上側に所定の力で引張り、上記引張用治具１０１を引っ張る力を、上記ボルト１ａが破断するまで徐々に増加させていく。

上記ボルト１ａの引張試験の結果を、図１３の表の「実施例１」の行に示す。図８の表の「試験前」の列は、腐食試験を行わない状態での上記ボルト１ａの引張強度を示しており、図１３の表の「１０００Ｈ試験後」の列は、前述したような塩水による腐食試験を１０００時間行った後での上記ボルト１ａの引張強度を示している。
実施例１の場合、上記ボルト１ａの「試験前」の引張強度は２３．２ｋＮ、「１０００Ｈ試験後」の引張強度は２３．０ｋＮであり、引張強度の低下はみられなかった。

次に、実施例２について説明する。
この実施例２では、図９の表の「実施例２」の行に示すような工程で、ボルト１ｂが製造された。すなわち、鍛造工程が行われ、溶体化処理が行われ、その後、転造工程が行われ、続いて、時効処理、復元処理、再時効処理が順次行われた。溶体化処理では４５０℃で３時間加熱し、その後水冷した。時効処理では１２０℃で２４時間加熱し、その後放冷した。復元処理では２２０℃で１５分加熱し、その後、水冷した。再時効処理では、１２０℃で２４時間加熱し、その後放冷した。

実施例２によるボルト１ｂは、図１４（ａ）の写真に示すような組織となっている。すなわち、層状の結晶組織がみられ、複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界は生じていない。

次に、このようにして製造されたボルト１ｂに、図１２に示すようにして、腐食試験（ＪＩＳＺ２３７１塩水噴霧試験）を行った。実施例２の腐食試験も、前述した実施例１の腐食試験と同様である。

上記腐食試験の結果を、図１４（ｂ）の写真に示す。この図１４（ｂ）の写真では、上記ボルト１ｂの雄ネジ部１５の斜面に腐食がみられるが、その腐食は軽く、ごく表層面のみに留まっている。

次に、上記ボルト１ｂの引張試験を行った。
実施例２の引張試験も、前述した実施例１の引張試験と同様である。

上記ボルト１ｂの引張試験の結果を、図１３の表の「実施例２」の行に示す。
実施例２の場合、上記ボルト１ｂの「試験前」の引張り強度は２４．２ｋＮ、「１０００Ｈ試験後」の引張強度は２４．６ｋＮであり、引張強度の腐食による低下はなく、また、復元処理と再時効処理により引張強度が向上している。

次に、前述した本実施の形態の実施例１、実施例２の比較例として従来例についても実験を行った。
この従来例では、図９の表の「従来例」の行に示すような工程で、前述したボルト２０７が製造された。すなわち、鍛造工程が行われ、次に、転造工程が行われ、その後、溶体化処理が行われ、続いて、時効処理が行われた。上記溶体化処理と時効処理の条件は、実施例１と同様である。

従来例によるボルト２０７は、図１５（ａ）の写真に示すような組織となっている。すなわち、ボルト２０７の雄ネジ部２０５に粒状の結晶組織が形成されており、複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界が生じた状態となっている。

次に、この従来例によるボルト２０７に、図１２に示すようにして、腐食試験（ＪＩＳＺ２３７１塩水噴霧試験）を行った。従来例の腐食試験も、前述した実施例１の腐食試験と同様である。

上記腐食試験の結果を、図１５（ｂ）の写真に示す。この図１５（ｂ）の写真では、上記ボルト２０７の雄ネジ部２０５の全体に腐食がみられ、その腐食がボルト２０７の内部へ進行している様子を確認できた。

次に、上記ボルト２０７の引張試験を行った。従来例の引張試験も、前述した実施例１、実施例２の引張試験と同様である。

上記ボルト２０７の引張試験の結果を、図１３の表の「従来例」の行に示す。
従来例の場合、上記ボルト１ｂの「試験前」の引張強度は２２．１ｋＮ、「１０００Ｈ試験後」の引張強度は２１．７ｋＮであった。

なお、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
まず、時効処理、復元処理、再時効処理を施すか否かは任意である。
また、溶体化処理、時効処理、復元処理、再時効処理における温度や時間には様々な場合が想定される。
また、ボルト１の形状も様々な場合が考えられる。
また、前記一実施の形態の場合には、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系高力アルミニウム合金を例に挙げて説明したが、その他のアルミニウム合金にも適用可能である。

本発明は、例えば、例えば、アルミフレームの締結に使用されるアルミニウム合金製のボルトを製造するボルトの製造方法とボルトに係り、複数の粒状の塊からなる網目状の結晶粒界の発生をなくし、腐食の内部への進行を抑えて、例えば、応力集中等に起因した破断を防止することができるように工夫したものに関し、例えば、工場内で使用される機械装置の筐体に好適である。

１ボルト
１ａボルト
１ｂボルト
１５雄ネジ部
２１線材
２１ａ線材片

Claims

アルミニウム合金製の線材片に鍛造加工を施し、
上記鍛造加工が施された線材片に溶体化処理を施し、
上記溶体化処理が施された線材片に転造加工を施して雄ネジ部を成形するようにしたことを特徴とするボルトの製造方法。
請求項１記載のボルトの製造方法において、
上記溶体化処理の加熱温度は４５０℃〜４８０℃であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項１又は請求項２記載のボルトの製造方法において、
上記溶体化処理の加熱時間は３時間〜１０時間であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項１〜請求項３の何れかに記載のボルトの製造方法において、
上記転造加工後に時効処理を施すようにしたことを特徴とするボルトの製造方法。
請求項４記載のボルトの製造方法において、
上記時効処理の加熱温度は１０５℃〜１３５℃であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項４又は請求項５記載のボルトの製造方法において、
上記時効処理の加熱時間は８時間〜３６時間であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項４〜請求項６の何れかに記載のボルトの製造方法において、
上記時効処理後に復元処理を施し、
上記復元処理後に再時効処理を施すことを特徴とするボルトの製造方法。
請求項７記載のボルトの製造方法において、
上記再時効処理の加熱温度は１０５℃〜１３５℃であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項７又は請求項８記載のボルトの製造方法において、
上記再時効処理の加熱時間は８時間〜３６時間であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項７〜請求項９の何れかに記載のボルトの製造方法において、
上記復元処理の加熱温度は、２００℃〜２５０℃であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項７〜請求項１０の何れかに記載のボルトの製造方法において、
上記復元処理の加熱時間は０．５分〜３０分であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項１〜請求項１１の何れかに記載のボルトの製造方法において、
上記アルミニウム合金は、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系高力アルミニウム合金であることを特徴とするボルトの製造方法。
請求項１〜請求項１２の何れかに記載されたボルトの製造方法により製造されることを特徴とするボルト。