2025-25433 処理材の製造方法および処理材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025025433

(43)【公開日】2025-02-21

(54)【発明の名称】処理材の製造方法および処理材

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20250214BHJP

   B61D 17/00 20060101ALI20250214BHJP

   B61F 5/00 20060101ALI20250214BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 360

B61D17/00 C

B61F5/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023130179

(22)【出願日】2023-08-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(71)【出願人】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川崎 健

(72)【発明者】

【氏名】岩松 史則

(72)【発明者】

【氏名】堀 久司

(72)【発明者】

【氏名】半田 岳士

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA06

4E167BG21

4E167BG29

4E167DA12

(57)【要約】

【課題】小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる処理材の製造方法および処理材を提供する。
【解決手段】素材に摩擦撹拌処理を施して撹拌部を形成する第１ステップと、前記撹拌部に沿って前記素材から処理材を切り出す第２ステップと、を有する製造方法から製造される処理材は、中央部が結晶粒が層状に並んだ組織を有し、周縁部の組織は、前記中央部の組織より微細再結晶化されている。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理材の製造方法において、
素材に摩擦撹拌処理を施して撹拌部を形成する第１ステップと、
前記撹拌部に沿って前記素材から処理材を切り出す第２ステップと、
を有すること、
を特徴とする処理材の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の処理材の製造方法において、
前記撹拌部が前記素材の厚さ方向に所定の範囲まで形成されているか否かを判断する第３ステップを有し、所定の範囲まで形成されていないと判断した場合、前記第１ステップにて摩擦撹拌処理を施した一方の面とは反対側の他方の面から前記一方の面に向かって摩擦撹拌処理を施して撹拌部を形成すること、
を特徴とする処理材の製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の処理材の製造方法において、
前記撹拌部の硬度が所定の硬度であるか否か判断する第４ステップを有し、所定の硬度であると判断したときに前記第２ステップを実行すること、
を特徴とする処理材の製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載された製造方法によって製造された処理材において、
前記処理材は、前記第２ステップにより切り出された外縁部において、微細再結晶組織である前記撹拌部が露出すること、
を特徴とする処理材。

【請求項5】

請求項４に記載された処理材において、
前記撹拌部と他部品とが溶接されていること、
を特徴とする処理材。

【請求項6】

請求項５に記載される処理材において、
前記素材が７０００系のアルミニウム合金であること
を特徴とする処理材。

【請求項7】

同一の素材から形成された、中央部及び前記中央部に連続する周縁部、を有する処理材において、
前記中央部は、結晶粒が層状に並んだ組織を有し、
前記周縁部の組織は、前記中央部の組織より微細再結晶化されており、
微細結晶化された組織が前記処理材の外縁部に露出すること、
を特徴とする処理材。

【請求項8】

請求項７に記載される処理材において、
前記処理材が７０００系のアルミニウム合金であること、
を特徴とする処理材。

【請求項9】

請求項８に記載される処理材において、
前記周縁部の硬度は、前記中央部の硬度の８５から９５％の範囲であること、
を特徴とする処理材。

【請求項10】

請求項７に記載される処理材において、
前記処理材は、鉄道車両の側構体と、側梁と、枕梁と、に跨る態様で備えられ、前記処理材の周縁部が、前記側構体と前記側梁と前記枕梁の少なくとも一つと溶接部を介して接合されること、
を特徴とする処理材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、処理材の製造方法及び処理材に関する。

【背景技術】

【0002】

高速鉄道車両、例えば新幹線（登録商標）の速度向上に伴って車両の軽量化が進められており、従来の車両構体に用いられた鉄材に代えて、軽量化に優れるアルミニウム合金の適用が検討され、例えば２００系新幹線車両以降の車両構体の全体にアルミニウム合金が使われている。

【0003】

アルミニウム合金（例えば、６０００系）は、押出性を含めて加工が容易で、熱処理によって性質を調整することができるという利点があるものの、熱伝導率が大きいことや溶接する際にアルミニウム合金表面に形成される酸化被膜を除去する必要があるなど、鉄材に比較して一般的に溶接が難しいという欠点もある。

【0004】

このため、西暦２０００年以降、接合する部材の突き合わせ部に回転ツールを圧入するとともに接合線に沿って回転ツールを移動することによって、入熱量の小さい摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）を用いて、鉄道車両構体等に代表される大型構造物が製造されるようになった（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－０９０６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、アルミニウム合金製の大型構造物を構成する構造材の内、高い荷重を負担する箇所に、高強度アルミニウム合金（例えば、７０００系）を構造材として採用したり、補強部材として利用することがある。７０００系のアルミニウム合金は、静的強度や疲労強度に優れることから構造材や補強部材として用いた場合に大きな軽量化効果が得られる一方で、応力腐食割れ（ＳＣＣ；Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）を考慮した設計や後処理が要求されている。

【0007】

本発明の目的は、小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる処理材の製造方法および処理材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、代表的な本発明の処理材の製造方法の一つは、
素材に摩擦撹拌処理を施して撹拌部を形成する第１ステップと、
前記撹拌部に沿って前記素材から処理材を切り出す第２ステップと、
を有すること、により達成される。

【0009】

代表的な本発明の処理材の一つは、
同一の素材から形成された、中央部及び前記中央部に連続する周縁部、を有する処理材において、
前記中央部は、結晶粒が層状に並んだ組織を有し、
前記周縁部の組織は、前記中央部の組織より微細再結晶化されており、
微細結晶化された組織が前記処理材の外縁部に露出すること、により達成される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる処理材の製造方法および処理材を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、ツールを素材に挿入して、素材に描かれたケガキ線に沿ってツールを移動する様子を示す模式図である。

【図2】図２（ａ）はロート型のツールの模式図であり、図２（ｂ）はショルダーレス型のツールの模式図である。

【図3】図３は、素材の一方の面にツールを挿入してケガキ線に沿って素材に撹拌部を形成した状態を示す模式図である。

【図4】図４（ａ）は、ロート型ツールで素材を撹拌した撹拌部の断面マクロ組織画像であり、図４（ｂ）は、ショルダーレス型ツールで素材を撹拌した撹拌部の断面マクロ組織画像である。

【図5】図５（ａ）は、ロート型ツールによる撹拌部のＩＰＦマップであり、図５（ｂ）はショルダーレス型ツールによる撹拌部のＩＰＦマップであり、図５（ｃ）は素材（母材）のＩＰＦマップである。

【図6】図６は、素材の一方の面からツールを挿入して形成した一方の撹拌部に、その他方の面からツールを挿入して形成した他方の撹拌部を重ねた素材の断面図（図２Ａ－Ａ断面図相当）である。

【図7】図７は、ケガキ線に沿って形成された撹拌部に沿って切り出した処理材の斜視図である。

【図8】図８は、ケガキ線に沿って形成された撹拌部に沿って切り出した処理材のケガキ線に交差する断面図の模式図である。

【図9】図９は、鉄道車両の台枠とヨーダンパ支持部との締結部に、本実施形態による製造方法で製作した処理材を溶接して補強した例を示す模式図である。

【図10】図１０は、鉄道車両に溶接された処理材を示す模式図（図９のＡ部の拡大図）である。

【図11】図１１は、処理材で補強した部位の鉄道車両の長手方向に交差する断面図である。

【図12】図１２は、本実施形態による処理材の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明による素材を用いた処理材の製造方法及び処理材に係わる実施の形態を説明する。ここで、素材とは圧延または押出成形の工程にて得られるもの（母材、材料、部材）であり、処理材とは素材を後述するＦＳＷ処理したのちに所定の形状に切り出して得られるものである。

【0013】

まず、処理材の製造方法を説明するための各方向を定義する。素材の長手方向をｘ方向、ｘ方向と同一平面の処理材の短手方向をｙ方向、処理材の厚さ方向をｚ方向とする。以下、単に、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と記すことがある。

【0014】

ここで、素材が圧延材である場合の方向を定義する。素材を圧延する時のロール方向は、ｘ－ｙ平面のｘ方向またはｙ方向のいずれかとする。すなわち、素材を圧延する際のロール直角方向は、ｚ方向と一致する。次に、素材が押出材である場合の方向を定義する。押出材を押出成形する時の押出方向は、ｘ、ｙ、ｚ方向に特に限定されない。

【0015】

図１はツールを素材に挿入して、素材に描かれたケガキ線に沿ってツールを移動する様子を示す模式図であり、図２（ａ）はロート型ツールの模式図であり、図２（ｂ）はショルダーレス型ツールの模式図である。図３は、素材の一方の面にツールを挿入してケガキ線に沿って素材に撹拌部を形成した状態を示す模式図である。

【0016】

所定の板厚ｔのアルミニウム合金の素材（母材部）２０を準備して、素材２０から切り出す処理材２４のケガキ線２２を素材２０に記す。ケガキ線２２は、素材２０の一方の面に実際に記しても良いし、ケガキ線２２に相当するｘ－ｙ平面の座標データで仮想的に表されるものであってもよい。

【0017】

一般的に、ツール１０は、円柱状の大径部１０ａと、この大径部１０ａの同軸上に、そのｚ方向の端部に連続して備えられる小径部１０ｂと、を有する。小径部１０ｂは、円筒状の大径部１０ａの半径に比較して小さい半径の部位を示し、小径部１０ｂは必ずしも円筒状でなくても良い。ツール１０を素材（母材部）２０に押し付けて、素材２０を効率的に撹拌できるように、小径部１０ｂの円筒面に、ネジ等（右ねじ、左ねじ、ピッチは任意）を加工しても良い。

【0018】

ツール１０を所定の回転数で回転させながら素材２０に対して－ｚ方向に押し付けた後、ケガキ線２２に沿って、所定の回転数で回転するツール１０をｘ－ｙ平面内で所定の移動速度で移動させて、素材２０の一部を撹拌する。この一連の操作を、ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）処理と称する場合がある。

【0019】

また、ツール１０の形態は、図２（ａ）に示すように、大径部１０ａと、大径部１０ａの下端部に設けられるショルダー部１０ｃと、このショルダー部１０ｃの下端部から下方に延伸する小径部１０ｂと、を備えるロート型の形態でも良いし、図２（ｂ）に示すように、大径部１０ａと、この大径部１０ａの下端面から連続的に徐々に半径を小さくした円錐台形状の小径部１０ｂと、を備えるショルダーレス形態でも良い。

【0020】

ツール１０の機能は、素材の一部をＦＳＷ処理して処理材とすること、つまり、素材一部の組織をツール１０で撹拌して微細再結晶化することにある。このため、素材２０の一部を撹拌できる形態であれば良いので、上記に示したロート型ツールおよびショルダーレス型ツールに限らず、ボビン型ツールなど、素材２０の一部を撹拌できる形態のツールであれば良い。

【0021】

ロート型ツール１０を例に挙げて、素材２０にＦＳＷ処理によって撹拌部２６ａ（２６ｂ）を加工する時のプロセスを説明する。ロート型ツール１０は、素材２０のｘ－ｙ平面に記されるケガキ線２２に沿って後述する撹拌部２６ａを形成するため必要な作業工程を数値情報で指令するコンピュータ数値制御機能を有するＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ＮＣ）工作機械等に取り付けられる。

【0022】

ＣＮＣ工作機械（図示なし）は、ツール１０を概ね５００～３０００ｒｐｍ程度の回転数で回転方向１００に回転させながら、ロート型ツール１０の小径部１０ｂの先端部を素材２０の一方の面２０ａから押し付けて素材内に挿入させ、その先端部が素材２０の他方の面２０ｂの近傍に至るまで鉛直移動方向１０１に沿って下降させる。この時、ロート型ツール１０のショルダー部１０ｃが（小径部１０ｂと大径部１０ａとの境界部）、素材２０の一方の面２０ａに当接することが望ましい。

【0023】

さらにＣＮＣ工作機械は、ロート型ツール１０のショルダー部１０ｃが素材２０の一方の面２０ａに当接した状態で、ｘ－ｙ平面上を移動させて、ケガキ線２２に沿う撹拌部２６ａを素材２０に形成する。

【0024】

なお、詳述はしないがロート型ツール１０で撹拌部２６ａを形成する工程が終了した後、ロート型ツール１０を撹拌部２６ａから引き上げると、ロート型ツール１０の小径部１０ｂにより形成された穴が撹拌部２６ａに残る。このため、切り出したい処理材の形状（ケガキ線２２相当）を決めた後、後工程で取り除かれる素材２０の部位（ケガキ線２２で囲われた領域の外側）までツール１０を移動させて、この部位で、ロート型ツール１０を引き抜けるように、ツール１０のケガキ線２２（ツール移動パス１０２）を決める。

【0025】

図４（ａ）は、ロート型ツールで素材を撹拌した撹拌部の断面マクロ組織画像であり、図４（ｂ）は、ショルダーレス型ツールで素材を撹拌した撹拌部の断面マクロ組織画像である。図５（ａ）は、ロート型ツールによる撹拌部のＩＰＦマップであり、図５（ｂ）はショルダーレス型ツールによる撹拌部のＩＰＦマップであり、図５（ｃ）は素材（母材）のＩＰＦマップである。

【0026】

ＩＰＦマップ（逆極点図結晶方位マップ）とは、試料上の指示面と平行になる各測定点の結晶面の法線方位を逆極点図カラーキーを用いて表すものであり，ＥＢＳＤ法のデータ表示で最もよく使用され、これにより色合いで結晶方位の分布の状態が把握できる。ただし、図５ではモノクロ画像で示す。

【0027】

図４（ａ）、（ｂ）に示す断面マクロ組織画像は、応力腐食割れの感受性の高い７０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系アルミニウム合金）から切り出した板厚６ｍｍの試験片を、圧延方向（Ｌ（ｘ）方向）に交差する方向（ＬＴ（ｙ）方向）に沿ってＦＳＷ処理した後、圧延方向（Ｌ（ｘ）方向）に平行な垂直断面（Ｌ（ｘ）－ＳＴ（ｚ）平面）で切断した断面をマクロ撮影して得られたものである。

【0028】

図４より、素材２０の組織は、圧延方向に結晶粒が層状に並んだパンケーキ状組織であるのに対して、ロート型ツール１０及びショルダーレス型ツール１０でＦＳＷ処理された撹拌部２６ａの組織はツール１０によって素材２０が塑性流動（撹拌）されて微細再結晶組織に改質されており、応力腐食割れに対して高い耐性を備える組織に改質されていることがわかる。すなわち、処理材の断面マクロ組織画像を観察することで、撹拌部がそれ以外の部位（中央部）に比べて微細再結晶組織に改質されていることがわかる。微細再結晶組織は、観察される結晶粒径が１μｍ以上、３０μｍ以下、好ましくは５μｍ以上、２０μｍ以下である組織であると好ましい。

【0029】

図５（ａ）及び図５（ｂ）のＩＰＦマップは、ロート型ツールとショルダーレス型ツールで各々ＦＳＷ処理した試験片を厚さの半分の位置で水平に切断した後、撹拌部２６ａを含む切断面を、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ）によって、撹拌部２６ａの結晶粒径の大きさを観察したものである。また、図５（ｃ）は、ＦＳＷ処理なしの試験片（素材２０）を厚さの半分の位置で水平に切断した後、ＥＢＳＤによって結晶粒径を観察したものである。

【0030】

図５（ｃ）に示すように、細長い結晶粒が層状に並んだ素材２０の組織に対して、図５（ａ）のロート型ツール１０でＦＳＷ処理された撹拌部２６ａの組織は、結晶粒サイズ１０～２０μｍ以下の等軸の微細再結晶組織に改質されたことが観察される。さらに、図５（ｂ）のショルダーレス型ツール１０でＦＳＷ処理された撹拌部２６ａの組織は、結晶粒サイズ５から１０μｍ以下でありロート型ツール１０でＦＳＷ処理された粒径の半分以下のサイズの微細再結晶組織に改質されたことが観察される。

【0031】

また、本発明者らは、素材２０とロート型ツール１０およびショルダーレス型ツール１０による撹拌部２６ａから厚さ１００ｎｍ以下の薄く切った試料を製作して、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で組織を観察した。その結果、素材２０の結晶粒界には比較的幅広く連続して析出していた析出物（Ｚｎ、Ｍｇ）が、ロート型ツール１０による撹拌部２６ａの結晶粒界では析出物が点在するに過ぎず、さらに、ショルダーレス型ツール１０による撹拌部２６ａの結晶粒界には析出物がほどんど観察されなかった。

【0032】

さらに、本発明者らは、素材２０とＦＳＷ処理による撹拌部２６ａの加工方向（ＦＳＷ処理の方向）に平行な垂直面と、その加工方向に交差する垂直面と、から作成した試験片によって腐食試験を実施した。この結果、素材２０では数ｍｍ長さのクラックが多数観察された。ロート型ツール１０による撹拌部２６ａにはクラックがほとんど観察されず、ショルダーレス型ツール１０による撹拌部２６ａでは１ｍｍ程度の微小クラックが観察された。

【0033】

さらに、本発明者らは、ロート型ツールおよびショルダーレス型ツールによってＦＳＷ処理した撹拌部とその周囲の素材（母材部）の硬度分布を測定した。その結果、素材２０の硬さ１００％とすると、ロート型ツールで撹拌された撹拌部２６ａの硬さは素材２０のそれの約８５％であり、ショルダーレス型ツール１０の撹拌部２６ａの硬さは素材２０のそれの約９５％であった。

【0034】

耐ＳＣＣ（応力腐食割れ耐性）を改善するためには、処理材２４の周縁部となる撹拌部２６ａが微細再結晶となり、その微細再結晶の粒界に析出物が分散していることが必要である。このため、撹拌部２６ａを微細再結晶に改質できたとしても、その微細再結晶の粒界で析出物が固溶して析出物が分散していない状態では、耐ＳＣＣの改善の程度が小さいといえる。

【0035】

耐ＳＣＣ性の改善の程度（効果）を、ツール形状、ツールの回転数、ツールの送り速度など制御因子が多いＦＳＷ条件と、撹拌部２６ａの微細再結晶の粒界の析出物分散状態をＴＥＭで観察する実験プロセスと、で耐ＳＣＣ改善効果を確認することは、非常に煩雑で多くの工数を要する。

【0036】

このため、上述した大きな工数を伴う耐ＳＣＣ改善効果の確認に代えて、撹拌部２６ａの微細再結晶の改質の程度、及び微細化された再結晶粒界に析出する析出物分布状態に高い相関関係がある硬さ（硬度）に着目する。本発明者らは、処理材２４の周縁部となる撹拌部２６ａの硬さが処理材２４の中央部の素材２０の硬さの８５～９５％の範囲（所定の硬度）であれば、耐ＳＣＣ改善効果を有することを確認した。

【0037】

図６は素材の一方の面からツールを挿入して形成した一方の撹拌部に、その他方の面からツールを挿入して形成した他方の撹拌部を重ねた素材の断面図（図３Ａ－Ａ断面相当）である。素材２０の板厚ｔが比較的小さい場合、素材２０の一方の面２０ａの側のみからツール１０を挿入すれば、板厚方向に十分な撹拌部２６ａを形成することができる。

【0038】

一方、素材２０の板厚ｔが大きい時、素材２０の一方の面（例えば、２０ａ）からのみツール１０を挿入する場合に、その厚さ方向に十分な撹拌部２６ａを形成することが難しい。ここでは、他方の面２０ｂに撹拌部２６ａが到達しない場合を、撹拌部が所定の範囲に形成されない場合という。このような場合は、素材２０の一方の面２０ａからツール１０を挿入して撹拌部２６ａを形成した後、素材２０の他方の面２０ｂからもツール１０を挿入して、先に形成した撹拌部２６ａに重ねる態様で、撹拌部２６ｂを形成する。

【0039】

図７はケガキ線に沿って形成された撹拌部に沿って切り出した処理材の斜視図であり、図８はケガキ線に沿って形成された撹拌部に沿って切り出した処理材のケガキ線に交差する断面図である。

【0040】

図７及び図８は、素材２０の一方の面２０ａから挿入したツール１０で、その板厚方向に十分な撹拌部２６ａが形成できる場合について説明したものである。なお、素材２０の両面２０ａ、２０ｂ側からツール１０を挿入して撹拌部２６ａ、２６ｂを形成した場合と、素材２０の一方の面２０ａ側からツール１０を挿入して撹拌部２６ａを形成した場合とで、基本的に効果は同様である。このため、これ以降、素材２０の一方の面２０ａ側からツール１０を挿入して撹拌部２６ａを形成した場合を代表例に挙げて説明する。

【0041】

素材２０からケガキ線２２に沿って切り出された処理材２４は、その中央部（素材２０）に圧延や押出成形された状態の結晶粒が層状に並んだパンケーキ状の組織を有し、その周縁部２４ａ（ｚ方向に沿う面）に、ツール１０によって撹拌されて微細再結晶化された撹拌部２６ａを有する。

【0042】

図８に示すように、素材２０をＦＳＷ処理して得られた撹拌部２６ａの幅方向のほぼ中央部（ケガキ線２２の位置）で、素材２０から切り出された処理材２４の端部（周縁部２４ａ）は、処理材２４の全ての端部に微細再結晶化された撹拌部２６ａを有する。素材２０の切断方法は、例えば機械加工であるが、それに限定されない。これにより、処理材２４の切り出された外縁部（周縁）において、一方の面２０aから他方の面２０ｂまで撹拌部２６ａが露出する。

【0043】

図９は鉄道車両の台枠とヨーダンパ支持部との締結部に、本実施形態による製造方法で製作した処理材を溶接して補強した例を示す模式図であり、図１０は鉄道車両に溶接された処理材を示す模式図（図９のＡ部の拡大図）である。図１１は、処理材で補強した部位の鉄道車両の長手方向に交差する断面図である。

【0044】

図９において、鉄道車両５０は、乗客等と乗車する六面体の構体と、この構体を支持するとともに軌道Ｔに沿って進む台車７０と、から主に構成される。構体は、床面をなす台枠５２と、台枠５２のｙ方向の端部に立設される側構体５１と、台枠５２のｘ方向の端部に立設される妻構体（図示なし）と、側構体５１および妻構体の上端部に載置される屋根構体（図示なし）から構成される。

【0045】

図１１において、側構体５１は、車外側面板５１ａと、車内側面板５１ｃと、これら面板を接続する接続部５１ｂと、を有しており、ｘ方向に押出成形された押し出し形材で構成される。

【0046】

台枠５２は、側構体５１の下端部に連続して備えられる側梁５３と、一方の側梁５３と他方の側梁５３との間に備えられる床部（図示なし）と、床部のｘ方向の両端部にｙ方向に沿って備えられる端梁（図示なし）と、台車７０の上方に位置する部位にｙ方向に沿って備えられる枕梁５４と、床部５５と、を有する。図示はしないが、側構体５１は、窓部や乗客等が乗降する側引き戸などを備える。

【0047】

図９において、台車７０は、俯瞰した形状が略Ｈ状の台車枠７１と、台車枠７１に回動可能に保持される輪軸（車輪と車軸）と、台車７０の水平面（ｘ－ｙ平面）内の過剰な旋回動作を抑制するヨーダンパ７２などを有する。ヨーダンパ７２の長手方向の一方の端部は、台車枠７１の側面に接続され、その他方の端部は、台枠５２に備えられる枕梁５４のｙ方向の端部から垂下する態様で備えられるヨーダンパ支持部７３の下端部に接続される。

【0048】

鉄道車両５０が高速で走行する際に、台車７０は軌道Ｔの不整等によって水平面内の旋回動作が生じやすい。このため、台車７０の水平面内の旋回運動を抑制するヨーダンパ７２に接続するヨーダンパ支持部７３の上端部には、非常に大きな荷重が作用する場合があるので、ヨーダンパ支持部７３の上端部に、補強部材として処理材２４が備えられる場合がある。

【0049】

処理材２４は、側構体５１（車外側面板５１ａ）と、側梁５３と、枕梁５４と、に跨る態様で備えられ、これらの少なくとも一つの部位（ここでは車外側面板５１ａ）と、処理材２４の周縁部２４ａと、が溶接部２８を介して接合される。ここで、溶接部２８は、ＦＳＷ処理以外の、例えばアーク溶接やガス溶接等（これらを総称して非摩擦撹拌溶接という）により形成されると好ましい。ただし、図１１では、処理材２４を接合したい対象物に溶接によって接合する例を示したが、溶接に限らず、例えば、処理材２４を接合したい対象物にボルト等で機械的に接合しても良い。

【0050】

図１２は、本実施形態による処理材の製造方法を示すフローチャートである。
まずステップ１０で作業を開始する。以降、ステップの用語をＳの記載で代替する。

【0051】

Ｓ２０で、素材２０に、処理材２４の外形をケガキ線２２でけがく。これは、例えばＣＮＣ工作機械において、ケガキ線２２の座標データを入力する場合も含む。

【0052】

Ｓ３０で、素材２０の一方の面から所定のＦＳＷ条件でツールを圧入して、ケガキ線２２に沿う撹拌部２６ａを形成する（第１ステップ）。

【0053】

Ｓ４０で、撹拌部２６ａの硬度が、素材の硬度の８５～９５％の範囲（所定の硬度）であるか否かを判断する（第４ステップ）。撹拌部２６ａの硬度の測定は、ブリネル硬さ試験、ビッカース硬さ試験、ロックウェル硬さ試験などを用いて行える。

【0054】

撹拌部２６ａの硬度が素材の硬度の８５～９５％の範囲の場合（ｙｅｓ）は、Ｓ５０へ進み、撹拌部２６ａの硬度が素材の硬度の８５～９５％の範囲でない場合（ｎｏ）は、Ｓ３０へ戻って、ＦＳＷ条件を見直して、ＦＳＷ処理をやり直す。このとき、素材を交換する場合も含む。なお、撹拌部２６ａの硬度が素材の硬度の８５～９５％の範囲となるＦＳＷ条件をあらかじめ得ている場合は、Ｓ４０を省略できる。

【0055】

Ｓ５０で、一方の面から形成した撹拌部２６ａが厚さ方向に十分に分布しているか否か（例えば他方の面２０ｂに到達しているか否か）を判断する（第３ステップ）。Ｓ５０で、撹拌部２６ａが十分（ｙｅｓ）に分布していると判断された場合はＳ７０へ進み、分布が十分と判断されなかった場合（Ｎｏ）はＳ６０へ進む。

【0056】

Ｓ６０で、既に撹拌が終了した素材２０を裏返し、他方の面２０ｂからツールを圧入して、ケガキ線２２に沿う撹拌部２６ｂを既に撹拌した撹拌部２６ａに重なる態様で形成する。

【0057】

Ｓ７０で素材２０からケガキ線（撹拌部）２２に沿って、素材２０から処理材２４を切り出す（第２ステップ）。

【0058】

Ｓ８０で処理材２４を、対象物の所定の位置に位置決めする。本実施形態では、処理材２４を、対象物としての側構体５１（車外側面板５１ａ）と、側梁５３と、枕梁５４と、に跨る態様で備える。

【0059】

Ｓ９０で、位置決めされた処理材２４を、対象物の所定の位置に溶接や機械締結などで、接合する。本実施形態では、一例として、処理材２４の撹拌部２６aと車外側面板５１ａとに跨って溶接部２８を形成する。

【0060】

Ｓ１００で作業を終了する。

【0061】

＜効果＞
素材２０に撹拌部２６ａ（２６ｂ）を形成した後、この撹拌部２６ａ（２６ｂ）に沿って素材２０から処理材２４を切り出すことによって、処理材２４はその周縁部２４ａに、ＦＳＷ処理によって微細再結晶化された組織を備える。このため、処理材２４の周縁部２４ａの端部（端面）の引張り応力を除去するピーニングや、処理材２４の端面にバタリング溶接等の比較的大きな工数を要する応力腐食割れ対策を講じる必要が無いので、小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる高強度アルミニウム合金製の処理材の製造方法を提供することができる。

【0062】

さらに、耐ＳＣＣ性の改善の程度（効果）を、制御因子が多いＦＳＷ条件と、撹拌部２６ａのＴＥＭで観察する実験プロセスと、に代えて、撹拌部２６ａの微細再結晶の改質の程度により評価する。また、撹拌部２６ａの微細再結晶の改質の程度と、その微細化された再結晶粒界に析出する析出物分布状態に高い相関関係がある硬さ（硬度）に着目し、撹拌部２６ａの硬さが素材２０の硬さの８５～９５％の範囲であれば耐ＳＣＣ改善効果を有すると評価できる。このため、撹拌部２６ａの硬度が素材の硬度の８５～９５％となるまでＦＳＷ処理を行うことで、小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる高強度アルミニウム合金製の処理材の製造方法を提供することができる。

【0063】

さらに、素材２０の一方の面からツール１０を挿入して撹拌部２６ａを形成した後に、形成された撹拌部２６ａが素材２０の厚さ方向に十分であるか否かを判断することによって、必要に応じて、素材２０の他方の面から撹拌部２６ｂを形成する工程を追加するので、十分な微細再結晶化された撹拌部２６ａ（２６ｂ）を備える処理材２４を得ることができる。このため、上述した比較的大きな工数を要する応力腐食割れ対策を講じる必要が無いので、小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる高強度アルミニウム合金製の処理材の製造方法を提供することができる。

【0064】

さらに、処理材２４の周縁部２４ａを、接合したい対象物に溶接する場合、周縁部２４ａはツール１０によって撹拌されて材質改善されるとともにＳＣＣ耐性を備えた微細再結晶化された組織である。このため、処理材２４の周縁部２４ａを溶接した後、溶接された周縁部２４ａが冷却されて引張残留応力が生じる場合であっても、上述した比較的大きな工数を要する応力腐食割れ対策を講じる必要が無いので、小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる高強度アルミニウム合金製の処理材の製造方法を提供することができる。

【0065】

さらに、本実施形態によれば、素材２０から切り出した処理材２４の応力腐食割れが生じやすい周縁部２４ａの組織を、熱処理でなくＦＳＷ処理によって微細化することができる。一般に、熱伝導率の大きい素材２０の周縁部２４ａを熱処理に必要な温度まで加熱する場合、加熱しようとする周縁部２４ａだけでなく熱伝導によって加熱の必要ない部位（例えば、素材２０の中央部）にまで熱が伝導するため、大きな加熱エネルギを要する。本実施形態によれば、処理材は、応力腐食割れが生じやすい素材２０を局所的に小さい消費エネルギでＦＳＷ処理した後、このＦＳＷ処理した処理部に沿って切り出すことによって製造される。このため、処理材２４の端面（圧延方向に交差（及び平行）な垂直面）には微細再結晶化されて高い耐ＳＣＣ性を備えた周縁部２４ａが露出するため、小さい工数で応力腐食割れに対する耐性を高めることができる高強度アルミニウム合金製の処理材の製造方法を提供することができる。

【0066】

本明細書は、以下の発明の開示を含む。
（第１の態様）
処理材の製造方法において、
素材に摩擦撹拌処理を施して撹拌部を形成する第１ステップと、
前記撹拌部に沿って前記素材から処理材を切り出す第２ステップと、
を有すること、
を特徴とする処理材の製造方法。

【0067】

（第２の態様）
第１の態様の処理材の製造方法において、
前記撹拌部が前記素材の厚さ方向に所定の範囲まで形成されているか否かを判断する第３ステップを有し、所定の範囲まで形成されていないと判断した場合、前記第１ステップにて摩擦撹拌処理を施した一方の面とは反対側の他方の面から前記一方の面に向かって摩擦撹拌処理を施して撹拌部を形成すること、
を特徴とする処理材の製造方法。

【0068】

（第３の態様）
第１の態様又は第２の態様の処理材の製造方法において、
前記撹拌部の硬度が所定の硬度であるか否か判断する第４ステップを有し、所定の硬度であると判断したときに前記第２ステップを実行すること、
を特徴とする処理材の製造方法。

【0069】

（第４の態様）
第１の態様～第３の態様のいずれかの製造方法によって製造された処理材において、
前記処理材は、前記第２ステップにより切り出された外縁部において、微細再結晶組織である前記撹拌部が露出すること、
を特徴とする処理材。

【0070】

（第５の態様）
第４の態様の処理材において、
前記撹拌部と他部品とが溶接されていること、
を特徴とする処理材。

【0071】

（第６の態様）
第４の態様又は第５の態様の処理材において、
前記素材が７０００系のアルミニウム合金であること
を特徴とする処理材。

【0072】

（第７の態様）
同一の素材から形成された、中央部及び前記中央部に連続する周縁部、を有する処理材において、
前記中央部は、結晶粒が層状に並んだ組織を有し、
前記周縁部の組織は、前記中央部の組織より微細再結晶化されており、
微細結晶化された組織が前記処理材の外縁部に露出すること、
を特徴とする処理材。

【0073】

（第８の態様）
第７の態様の処理材において、
前記処理材が７０００系のアルミニウム合金であること、
を特徴とする処理材。

【0074】

（第９の態様）
第７の態様～第８の態様の処理材において、
前記周縁部の硬度は、前記中央部の硬度の８５から９５％の範囲であること、
を特徴とする処理材。

【0075】

（第１０の態様）
第７の態様～第９の態様のいずれかの処理材において、
前記処理材は、鉄道車両の側構体と、側梁と、枕梁と、に跨る態様で備えられ、前記処理材の周縁部が、前記側構体と前記側梁と前記枕梁の少なくとも一つと溶接部を介して接合されること、
を特徴とする処理材。

【符号の説明】

【0076】

１０…ツール、 １０ａ…大径部、
１０ｂ…小径部、 １０ｃ…ショルダー部、
２０…素材、
２０ａ…一方の面（素材）、 ２０ｂ…他方の面（素材）、
２２…ケガキ線、 ２４…処理材（補強部材）、
２４ａ…周縁部、 ２６ａ…撹拌部（一方の面）、
２６ｂ…撹拌部（他方の面）、 ２８…溶接部、
５０…鉄道車両、 ５１…側構体（側梁）、
５１ａ…車外側面板、 ５１ｂ…接続部、
５１ｃ…車内側面板、 ５２…台枠、
５３…側梁、 ５４…枕梁、
５５…床部、 ７０…台車、
７１…台車枠（側梁）、 ７２…ヨーダンパ、
７３…ヨーダンパ支持部、 １００…回転方向、
１０１…鉛直移動方向、 １０２…ツール移動パス（行程）、
Ｔ…軌道、 ｔ…厚さ、
ｘ…レール（長手）方向、 ｙ…枕木（幅）方向、
ｚ…高さ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】