特許 7403109 アルミニウム合金製ボルトおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】アルミニウム合金製ボルトおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16B 35/00 20060101AFI20231215BHJP

   B21H 1/00 20060101ALI20231215BHJP

   B21J 5/00 20060101ALI20231215BHJP

   B21J 5/08 20060101ALI20231215BHJP

   B21K 1/46 20060101ALI20231215BHJP

【ＦＩ】

F16B35/00 J

B21H1/00 B

B21J5/00 D

B21J5/08 Z

B21K1/46 Z

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2021553737

(86)(22)【出願日】2020-10-30

(86)【国際出願番号】 JP2020040926

(87)【国際公開番号】W WO2021085627

(87)【国際公開日】2021-05-06

【審査請求日】2023-06-30

(31)【優先権主張番号】P 2019199031

(32)【優先日】2019-10-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】391062159

【氏名又は名称】松本重工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591079487

【氏名又は名称】広島県

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100112911

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】下川 慎也

(72)【発明者】

【氏名】上野 誠

(72)【発明者】

【氏名】西村 興樹

(72)【発明者】

【氏名】森下 勇樹

(72)【発明者】

【氏名】府山 伸行

【審査官】杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４１５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０１２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９０４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－００１７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｂ ３５／００

Ｂ２１Ｊ ５／００

Ｂ２１Ｊ ５／０８

Ｂ２１Ｋ １／４６

Ｂ２１Ｈ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

頭部と、前記頭部から下方に伸びる首下部とを有し、前記頭部と前記首下部の間に首下丸み部が形成され、前記首下部にねじ部が形成されている、中心軸Ｃを備えたアルミニウム合金製ボルトであって、
前記首下部と前記首下丸み部の境界である前記アルミニウム合金製ボルトの表面上のＲ止まりから一定の距離Ｌ下方にある前記首下部の表面から、内方に向かって広がり前記頭部方向に湾曲した下面と、前記下面の前記頭部側に、前記下面から一定の距離Ｔで設けられた上面と、前記アルミニウム合金製ボルトの表面とに囲まれた湾曲領域が規定され、
前記湾曲領域を構成するアルミニウム合金の第１結晶粒の平均結晶粒径は、前記ねじ部に隣接するねじ部隣接領域の内方の首下部内部を構成するアルミニウム合金の第２結晶粒の平均結晶粒径より大きいことを特徴とするアルミニウム合金製ボルト。

【請求項2】

上記第１結晶粒の平均結晶粒径は、４０μｍ以上で、１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項3】

上記第１結晶粒の平均結晶粒径は、４０μｍ以上で、５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項4】

前記第１結晶粒の長軸方向と、前記中心軸Ｃのなす角度は、０°～４５°であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項5】

前記距離Ｌは、０≦Ｌ≦１．５Ｒ（Ｒは、前記首下丸み部の、前記中心軸Ｃ方向の高さ）の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項6】

前記距離Ｔは、０＜Ｔ≦Ｒの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項7】

前記距離Ｔは、０．５Ｒ≦Ｔ≦Ｒの範囲内にあることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項8】

前記下面が前記首下部の表面と交わる下面端から前記下面の頂部までの前記中心軸Ｃに平行な高さＨは、０＜Ｈ≦３Ｒの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項9】

前記高さＨは、Ｒ≦Ｈ≦２Ｒの範囲内であることを特徴とする請求項８に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項10】

頭部と、前記頭部から下方に伸びる首下部とを有し、前記頭部と前記首下部の間に首下丸み部が形成され、前記首下部にねじ部が形成されている、中心軸Ｃを備えたアルミニウム合金製のボルトであって、
前記首下部のねじ部に隣接するねじ部隣接領域を構成するアルミニウム合金の第３結晶粒の平均結晶粒径は、前記ねじ部隣接領域の内方の首下部内部を構成するアルミニウム合金の第２結晶粒の平均結晶粒径より大きいことを特徴とするアルミニウム合金製ボルト。

【請求項11】

上記第３結晶粒の平均結晶粒径は、４０μｍ以上で、１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項12】

上記第３結晶粒の平均結晶粒径は、４０μｍ以上で、５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項13】

上記第２結晶粒の平均結晶粒径は、１μｍ以上、４０μｍ未満であることを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項14】

前記アルミニウム合金は、６０００系アルミニウム合金、または７０００系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載のアルミニウム合金製ボルト。

【請求項15】

アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に据え込み加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された据え込み中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記据え込み中間体の前記本体部にロール圧造を行い、前記本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する工程と、
前記ロール圧造中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部および前記本体部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後のロール圧造中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項16】

アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に据え込み加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された据え込み中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記据え込み中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後の据え込み中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項17】

アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に据え込み加工または絞り加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部が形成された据え込み中間体または絞り中間体とを作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記据え込み中間体または絞り中間体に焼鈍しを行い、前記テーパ部の塑性歪を緩和する工程と、
前記焼鈍し後の据え込み中間体または絞り中間体の本体部の、ねじが形成される領域にロール圧造を行い、前記本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する工程と、
前記ロール圧造中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記本体部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記本体部のねじが形成される領域にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項18】

アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に絞り加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された絞り中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記絞り中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後の絞り中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項19】

アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に絞り加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された絞り中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記絞り中間体の前記本体部にロール圧造を行い、前記本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する工程と、
前記ロール圧造中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部および前記本体部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後のロール圧造中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項20】

前記アルミニウム合金は７０００系アルミニウム合金であり、
前記テーパ部、および／または前記本体部および表面近傍に付与された相当塑性歪εが、０＜ε≦０．５であることを特徴とする請求項１５～１７のいずれかに記載のアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項21】

前記相当塑性歪εが、０．０５≦ε≦０．２であることを特徴とする請求項２０に記載のアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項22】

前記アルミニウム合金は６０００系アルミニウム合金であり、
前記テーパ部、および／または前記本体部および表面近傍に付与された相当塑性歪εが、０．１≦ε≦０．５であることを特徴とする請求項１５、１６、１８および１９のいずれかに記載のアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【請求項23】

前記相当塑性歪εが、０．２≦ε≦０．４であることを特徴とする請求項２２に記載のアルミニウム合金製ボルトの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミニウム合金製ボルトおよびその製造方法に関し、特に、頭部と、頭部の下端面から下方に伸びる首下部とを有し、頭部と首下部の境界領域に首下丸み部が形成されたアルミニウム合金製ボルトおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、機械的な構造物を構成する複数の部材の連結ないしは締結にはボルトが用いられるが、自動車のような軽量化の要求が強い構造物を構成する複数の部材の連結ないしは締結には、軽量であることからアルミニウム合金製ボルトが用いられることがある。

【0003】

アルミニウム合金の強度は、鋼より低いため、結晶粒を微細化して、強度を向上させている。即ち、結晶粒を微細化するほど結晶粒界の面積が増大し、高いエネルギー状態を保つために、強度が向上する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１９０４９３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、結晶粒界は結晶粒内よりもエネルギー状態が高いため、優先的に腐食される。このため、結晶粒を微細化して強度を向上させた場合、一方で、応力腐食割れの感受性が高くなるという問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、高強度で、耐応力腐食割れ性の高いアルミニウム合金製ボルトおよびその製造方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

アルミニウム合金製ボルトについては、上述のように結晶粒を微細化した場合に応力腐食割れの感受性が高くなるが、特に使用時にかかる応力が大きい領域や表面領域から腐食が発生する。このことから、アルミニウム合金製ボルトにおいて、使用時に大きな応力がかかる領域、および表面近傍の領域の結晶粒を部分的に粗大化することで、高強度を維持しながら、耐応力腐食割れ性を向上できることを見出し、本発明を完成した。

【0008】

即ち、本発明の第１の態様は、
頭部と、前記頭部から下方に伸びる首下部とを有し、前記頭部と前記首下部の間に首下丸み部が形成され、前記首下部にねじ部が形成されている、中心軸Ｃを備えたアルミニウム合金製ボルトであって、
前記首下部と前記首下丸み部の境界である前記アルミニウム合金製ボルトの表面上のＲ止まりから一定の距離Ｌ下方にある前記首下部の表面から、内方に向かって広がり前記頭部方向に湾曲した下面と、前記下面の前記頭部側に、前記下面から一定の距離Ｔで設けられた上面と、前記アルミニウム合金製ボルトの表面とに囲まれた湾曲領域が規定され、
前記湾曲領域を構成するアルミニウム合金の第１結晶粒の平均結晶粒径は、前記ねじ部に隣接するねじ部隣接領域の内方の首下部内部を構成するアルミニウム合金の第２結晶粒の平均結晶粒径より大きいことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトである。

【0009】

本発明の第２の態様は、
頭部と、前記頭部から下方に伸びる首下部とを有し、前記頭部と前記首下部の間に首下丸み部が形成され、前記首下部にねじ部が形成されている、中心軸Ｃを備えたアルミニウム合金製のボルトであって、
前記首下部のねじ部に隣接するねじ部隣接領域を構成するアルミニウム合金の第３結晶粒の平均結晶粒径は、前記ねじ部隣接領域の内方の首下部内部を構成するアルミニウム合金の第２結晶粒の平均結晶粒径より大きいことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトである。

【0010】

本発明の第３の態様は、
アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に据え込み加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された据え込み中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記据え込み中間体の前記本体部にロール圧造を行い、前記本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する工程と、
前記ロール圧造中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部および前記本体部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後のロール圧造中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法である。

【0011】

本発明の第４の態様は、
アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に据え込み加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された据え込み中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記据え込み中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後の据え込み中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法である。

【0012】

本発明の第５の態様は、
アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に据え込み加工または絞り加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部が形成された据え込み中間体または絞り中間体とを作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記据え込み中間体または絞り中間体に焼鈍しを行い、前記テーパ部の塑性歪を緩和する工程と、
前記焼鈍し後の据え込み中間体または絞り中間体の本体部の、ねじが形成される領域にロール圧造を行い、前記本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する工程と、
前記ロール圧造中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記本体部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記本体部のねじが形成される領域にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法である。

【0013】

本発明の第６の態様は、
アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に絞り加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された絞り中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記絞り中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後の絞り中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法である。

【0014】

本発明の第７の形態は、
アルミニウム合金からなる棒材を準備する工程と、
前記棒材に絞り加工を行い、直径が大きくなった大径部と、本体部と、それらを接続するテーパ部とが形成された絞り中間体を作製する工程であって、前記テーパ部に塑性歪を付与する工程と、
前記絞り中間体の前記本体部にロール圧造を行い、前記本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する工程と、
前記ロール圧造中間体に熱処理を行い、前記塑性歪が付与された前記テーパ部および前記本体部で結晶粒を粗大化させる工程と、
前記熱処理後のロール圧造中間体の本体部にねじを形成する工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金製ボルトの製造方法である。

【発明の効果】

【0015】

本発明では、アルミニウム合金製ボルトの湾曲領域および／またはねじ部隣接領域の結晶粒を粗大化して、他の部分の結晶粒より大きくすることにより、高強度でかつ耐応力腐食割れ性に優れたアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】７０００系アルミニウム合金の相当塑性歪と平均結晶粒径との関係を示す。

【図2】アルミニウム合金の平均結晶粒径と応力腐食割れの耐久性との関係を示す。

【図3】アルミニウム合金製ボルトを締結した場合の、ボルト内の応力分布を示す。

【図4】アルミニウム合金製ボルトの各部分の名称を示す。

【図5】アルミニウム合金製ボルトの各部分の名称を示す。

【図6】実施例１にかかるアルミニウム合金製ボルトであり、（ａ）は断面の模式図、（ｂ）～（ｄ）は断面写真を示す。

【図7】実施例１にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図8】ロール圧造工程を説明する図である。

【図9】７０００系アルミニウム合金製ボルトの熱処理（Ｔ６処理）条件を示す。

【図10】実施例２にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図11】比較例１にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図12】比較例２にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図13】実施例３にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図14】実施例４にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図15】６０００系アルミニウム合金の相当塑性歪と平均結晶粒径との関係を示す。

【図16】実施例５にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図17】６０００系アルミニウム合金製ボルトの熱処理（Ｔ６処理）条件を示す。

【図18】実施例６にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図19】実施例６にかかるアルミニウム合金製ボルトの断面写真を示す。

【図20】実施例７にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【図21】実施例８にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

実施の形態１（７０００系アルミニウム合金）
発明の実施の形態１では、７０００系（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－（Ｃｕ））のアルミニウム合金をボルト材料に用いる。図１は、７０００系のアルミニウム合金材料に歪を付与した後、熱処理（Ｔ６処理）を行った場合の、相当塑性歪と平均結晶粒径との関係を示す。図１中、白丸は材質Ａ７０５０ＢＤ－Ｈ１４、黒丸は材質Ａ７０５０ＢＤ－Ｏのアルミニウム合金で、いずれも引抜棒である。白丸は加工硬化された硬質材（Ｈ１４材）、黒丸は焼鈍しが行われた軟質材（Ｏ材）である。図１中に黒丸で示した材質Ａ７０５０ＢＤ－Ｏの測定データを表１に示す。

【0018】

【表1】

【0019】

特に、焼鈍しにより歪を除去した黒丸の軟質材において、付与した相当塑性歪が０．９から０．１に向かって小さくなるに従って、熱処理後に平均結晶粒径が大きくなる傾向が顕著である。このように、熱処理前に付与する歪量を制御することにより、アルミニウム合金材料の平均結晶粒径を制御できることがわかる。

【0020】

図２は、図１と同じ材料について、平均結晶粒径と応力腐食割れの耐久性との関係を示す図である。横軸は材料の平均結晶粒径、縦軸は耐久時間である。応力腐食割れの耐久性は、「ＪＩＳ Ｈ８７１１：アルミニウム合金の応力腐食割れ試験方法」に基づいて行なわれた。図２からわかるように、平均結晶粒径が大きくなるほど、応力腐食割れに対する耐久時間が長くなる。即ち、平均結晶粒径が大きくなるほど、耐応力腐食割れ性が向上することがわかる。

【0021】

図３は、アルミニウム合金製ボルトをナットに締結した場合の、ボルト内の応力分布を示す。図３（ａ）に示すボルトの頭部下の「首下丸み部」、ボルトに形成したねじ上端の「ねじ切り上がり部」、およびボルトがナットとかみ合う部分の上端部である「第１ねじ山谷底部」の３カ所において特に応力が集中していることがわかる。応力が集中している場所は、図３（ｂ）に赤色で表示されている。

【0022】

ここで、図４、５に、アルミニウム合金製ボルトの各部分の名称を示す。図４に示すように、アルミニウム合金製ボルトは、頭部、首下部、および頭部と首下部とをつなぐ首下丸み部からなる。首下丸み部は、頭部の下から、直径が暫時減少する部分、即ち頭部の下からＲ止まりまでの部分をいう。首下丸み部の高さ（中心軸Ｃ方向の距離）をＲとする。

【0023】

Ｒ止まりの位置のボルト表面の下方（首下部側）に距離Ｌで設けられた下面端から、中心軸Ｃに向かって上方（頭部側）に湾曲した下面と、下面の上方（頭部側）に、下面から一定の距離Ｔで設けられた上面と、ボルトの表面とに囲まれた領域に湾曲領域が規定される。また、首下部の周囲で、ねじ形成部を除く部分（ねじの谷部より内部）にねじ部隣接領域が規定される。ねじ部隣接領域の内部は、首下部内部となる。

【0024】

上面および下面が、ボルトの表面と交わる部分を、それぞれ上面端および下面端とよぶ。また、Ｒ止まりから下面端までの中心軸Ｃに平行方向の距離をＬ、下面端から下面の頂部までの中心軸Ｃに平行な高さ（中心軸Ｃ方向の距離）をＨとする。なお、上面および下面は、上方に凸の平面または曲面であり、下面のうち、最も上方（頭部側）にある位置が頂部となる。頂部は中心軸Ｃと重なる位置であることが好ましい。

【0025】

Ｒ止まりから下面端までの距離Ｌは、好適には０≦Ｌ≦１．５Ｒの範囲である。

【0026】

上面と下面の距離Ｔは、好適には０＜Ｔ≦Ｒの範囲内であり、より好適には、０．５Ｒ≦Ｔ≦Ｒの範囲内である。

【0027】

一方、湾曲領域の下面端から、湾曲領域の下面の頂部までの中心軸Ｃに平行方向の高さＨは、好適には０＜Ｈ≦３Ｒの範囲内であり、より好適にはＲ≦Ｈ≦２Ｒの範囲内である。

【0028】

また、図４に示すように、首下部のねじ呼び径（ねじの外径）をｄとした場合、ねじ部隣接領域の深さ（中心軸Ｃに垂直な方向の、ねじ谷底からの距離）はｄ／１０と規定される。

【0029】

図４、５により規定される各領域のうち、湾曲領域、首下部内部、ねじ部隣接領域をそれぞれ構成する結晶粒を、第１結晶粒、第２結晶粒、第３結晶粒と定義し、図５に示している。

【0030】

なお、本明細書では、ボルトの位置関係を簡潔に示すため、中心軸Ｃに対して、頭部が形成される側を「上」といい、これと反対側（首下部ないしはねじ部が形成される側）を「下」という。中心軸Ｃに平行な面を断面とする。

【0031】

以下において、本発明にかかるアルミニウム合金製ボルトについて、実施例を参照しながら説明する。

【0032】

＜実施例１＞
図６は、本発明の実施例１にかかる７０００系アルミニウム合金製ボルトであり、（ａ）は断面の模式図、（ｂ）～（ｄ）は断面写真を示す。アルミニウム合金製ボルトは、湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒を粗大化した構造となっている。（ｃ）、（ｄ）は湾曲領域を拡大した断面写真である。（ｃ）において、上下の領域は通常の結晶粒径の領域、四角で囲んだ領域は、結晶粒が粗大化した領域である。

【0033】

断面写真から切断法により測定した湾曲領域の平均結晶粒径は、最小が４０μｍ程度、最大が１００μｍ程度である。湾曲領域では、結晶粒は中心軸Ｃ方向に楕円状に粗大化し、粗大化した結晶粒の長軸方向と中心軸Ｃとのなす角度は０°～４５°である。

【0034】

即ち、湾曲領域の第１結晶粒の平均結晶粒径ｄ_１、およびねじ部隣接領域の第３結晶粒の平均結晶粒径ｄ_３が、首下部内部のような他の部分の第２結晶粒の平均結晶粒径ｄ_２より大きくなる。即ち、ｄ_１＞ｄ_２かつｄ_３＞ｄ_２となる。ｄ_１＝ｄ_３であってもかまわない。

【0035】

ｄ_１、ｄ_３は、例えば４０μｍ以上で１０００μｍ以下、好適には４０μｍ以上で５００μｍ以下である。ｄ_２は、例えば１μｍ以上で４０μｍ未満、好適には１μｍ以上で３０μｍ以下、より好適には１μｍ以上で２０μｍ以下である。

【0036】

図７は、本発明の実施例１にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造方法を示す図である。材料のアルミニウム合金には、例えば、７０００系アルミニウム合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－（Ｃｕ））のＡ７０５０ＢＤ－Ｏが用いられる。製造方法は、以下の工程（１）～（７）を含む。

【0037】

（１）切断
アルミニウム合金の引抜棒（棒材）１を準備し、所定の長さに切断する。引抜棒１は、予め結晶粒が微細化され、高強度のものが用いられる。結晶粒の大きさｄ_２は、上述のように、例えば、１μｍ以上、４０μｍ未満である。

【0038】

（２）据え込み
金型（図示せず）内に配置された引抜棒１に対して、ハンマー等で下向きの押圧力を加えて据え込み加工を施し、引抜棒１の上端を塑性変形させ、大径部２およびテーパ部３を形成した据え込み中間体を作製する。なお、これらの大径部２およびテーパ部３は、後で説明するように最終的には頭部（ボルトヘッド）５となる。一方、引抜棒１のテーパ部３より下側の本体部４は塑性変形せず、そのままの状態で首下部となる。

【0039】

（２）据え込み工程により、テーパ部３近傍で、結晶粒に塑性歪が付与され、この部分で、後述する熱処理により結晶粒の粗大化が起きる。結晶粒に与えられた塑性歪は、相当塑性歪ε換算で、０＜ε≦０．５であり、好適には０．０５≦ε≦０．２である（相当塑性歪を表す「ε」は正しくは「εの上にバー」で表される。以下において同様）。

【0040】

（３）ロール圧造
据え込み中間体の本体部４にロール圧造を行って塑性歪を付与し、本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する。図７中、破線で囲んだ部分がロール圧造範囲である。後述する熱処理により本体部４の表面および表面近傍で結晶粒が粗大化する。

【0041】

図８は、ロール圧造工程を示す概略図である。据え込み工程を行った据え込み中間体の本体部４のロール圧造範囲を固定ロールと可動ロールで挟まれるように配置し、可動ロールで加圧しながら固定ロールおよび可動ロール矢印の方向に回転させる。これにより、据え込み中間体の本体部４の表面および表面近傍の結晶に塑性歪が付与される。結晶粒に与えられた塑性歪は、相当塑性歪ε換算で、０＜ε≦０．５であり、好適には０．０５≦ε≦０．２である。

【0042】

ロール圧造工程として、平ダイス式、プラネタリ式等の回転加工法を用いても構わない。

【0043】

（４）頭部成形
大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行い、頭部（ボルトヘッド）５の成形を行う。

【0044】

（５）溶体化処理／（６）時効処理
頭部成形工程を行った頭部成形中間体に対して、熱処理、即ち溶体化処理および時効処理を行う。図９は、溶体化処理および時効処理の温度ダイアグラムである。図９に示すように、溶体化処理では、例えば４７５℃に昇温して、１～３時間保持する。続いて、例えば水中に入れて急冷した後、時効処理を行う。時効処理は、例えば１００～１５０℃の温度で、２０～３０時間保持して行う。

【0045】

熱処理工程により、（２）据え込み工程および（３）ロール圧造工程で塑性歪を付与した部分で、結晶粒の粗大化が起きる。

【0046】

（７）ねじ転造
（７）ねじ転造により、本体部４の表面にねじを形成する。この工程によってねじ部を構成する結晶粒のみ微細化する。以上の工程で、実施例１にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。断面写真に示すように、（２）据え込み工程および（３）ロール圧造工程で、所定の大きさの塑性歪を与えた領域、図４で言えば湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒が、その後の熱処理により粗大化しているのがわかる。

【0047】

このように、実施例１のアルミニウム合金製ボルトでは、湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒を粗大化し、湾曲領域の平均結晶粒径ｄ_１、およびねじ部隣接領域の結晶粒の平均結晶粒径ｄ_３が、例えば首下部内部のような他の部分の結晶粒の平均粒径ｄ_２より大きくなる（ｄ_１＞ｄ_２かつｄ_３＞ｄ_２）。

【0048】

これにより、ボルト締結時に応力が集中し、応力腐食割れが起きやすい、首下丸み部、ねじ切り上がり部、および第１ねじ山谷底部（図３参照）において、結晶粒を粗大化し、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。また、首下部内部のような他の部分の結晶粒は、微細なままであるため、高強度も維持できる。この結果、耐応力腐食割れ性に優れ、高強度のアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【0049】

＜実施例２＞
図１０は、本発明の実施例２にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図である。実施例２では、湾曲領域の結晶粒のみを粗大化し、ねじ部隣接領域の結晶粒は粗大化しない。材料のアルミニウム合金には、例えば、７０００系アルミニウム合金のＡ７０５０ＢＤ－Ｏが用いられる。

【0050】

実施例１と同様に、（１）アルミニウム合金の引抜棒１を準備し、所定の長さに切断する切断工程、および（２）金型内に配置し、ハンマー等で下向きの押圧力を加えて据え込み加工を施し、引抜棒１の上端を塑性変形させ、大径部２およびテーパ部３を形成する据え込み工程を行う。

【0051】

（２）据え込み工程により、テーパ部３に塑性歪が付与される。結晶粒に与えられた塑性歪は実施例１と同様に、相当塑性歪ε換算で、０＜ε≦０．５であり、好適には０．０５≦ε≦０．２である。

【0052】

実施例１のような本体部４のロール圧造を行うことなく、（３）大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行い、頭部５の成形を行う。

【0053】

頭部成形を行った頭部成形中間体に対して、熱処理、即ち（４）溶体化処理および（５）時効処理を行う。熱処理には、図９に示すＴ６処理が用いられる。これにより、（２）据え込み工程で塑性歪を付与した湾曲領域で、結晶粒の粗大化が起きる。

【0054】

（６）ねじ転造により、本体部４にねじ６を形成する。この工程によってねじ部を構成する結晶粒のみ微細化する。以上の工程で、実施例２にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0055】

図１０の断面写真に示すように、実施例２にかかるアルミニウム合金製ボルトでは、湾曲領域の結晶粒が粗大化される。

【0056】

実施例２のアルミニウム合金製ボルトでは、首下丸み部（図３参照）において耐応力腐食割れ性に優れ、高強度のアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【0057】

＜比較例１＞
図１１は、比較例１にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図である。材料のアルミニウム合金には、Ｏ材、例えばＡ７０５０ＢＤ－Ｏが用いられる。

【0058】

比較例１では、実施例２の（２）据え込み工程に代えて、（２）絞り加工工程で、大径部２とテーパ部３とを形成する。即ち、引抜棒１の、首下丸み部に対応する位置から下端部にわたって絞り加工（絞り成形加工）を施して、本体部４を形成する。絞り加工が行われた部分では、横断面の直径が小さくなるとともに、本体部４の長さは中心軸Ｃ方向に伸び、本体部４内ではアルミニウム合金材料の流動が起こり、大きな加工歪が付与される。

【0059】

（２）絞り加工の後、（３）ロール圧造工程により、絞り加工中間体の本体部４にロール圧造を行って塑性歪を付与し、本体部の表面にはさらに塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する。図中、破線で囲んだ部分がロール圧造範囲である。

【0060】

（３）ロール圧造の後、（４）頭部成形工程により、大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行い、頭部５の成形を行う。

【0061】

頭部成形を行った頭部成形中間体に対して、実施例１、２と同様の熱処理（溶体化処理および時効処理）工程（Ｔ６処理）を行った後に、（５）ねじ転造により、本体部４にねじ６を形成する。このねじ転造工程によってねじ部を構成する結晶粒のみ微細化する。以上の工程で、比較例１にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0062】

図１１の断面写真に示すように、比較例１では、結晶粒の粗大化は認められない。即ち、（２）絞り加工工程で、大径部２、テーパ部３および本体部４を形成する際に付与された大きな加工歪に加えて、（３）ロール圧造工程および（４）頭部成形工程でさらに付与された加工歪により、首下丸み部に、例えば相当塑性歪で０．５を超えるような十分な塑性歪が導入されたため、熱処理によって結晶粒の粗大化は発生せず、結晶粒は微細化した。このため、首下丸み部は微細組織であり、平均結晶粒径は小さく、耐応力腐食割れ性は向上しなかった。

【0063】

＜比較例２＞
図１２は、比較例２にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図である。材料のアルミニウム合金には、Ｏ材、例えばＡ７０５０ＢＤ－Ｏが用いられる。

【0064】

製造工程は、上述の比較例１と同様に、（２）絞り加工工程までは同じである。

【0065】

比較例１のような本体部４にロール圧造を行うことなく、（３）頭部成形工程により、大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行い、頭部５の成形を行う。

【0066】

頭部成形を行った頭部成形中間体に対して、実施例１、２と同様の熱処理（溶体化処理および時効処理）工程（Ｔ６処理）を行った後に、（４）ねじ転造により、本体部４にねじ６を形成する。このねじ転造工程によってねじ部を構成する結晶粒のみ微細化する。以上の工程で、比較例２にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0067】

図１２の断面写真に示すように、比較例２でも、首下丸み部において結晶粒の粗大化は認められない。

【0068】

以下の表２は、実施例１、２および比較例１、２の応力腐食割れ試験における耐久性の比較である。材料のアルミニウム合金はＡ７０５０ＢＤ－Ｏ（Ｏ材）である。

【0069】

【表2】

【0070】

表２に示すように、成形方法に据え込み工程を用いた実施例１、２では、ロール圧造を行い、湾曲領域およびねじ部隣接領域の双方で結晶粒を粗大化させた実施例１において、引張強さ５７４ＭＰａで応力腐食割れ耐久時間が１０００時間以上であった。また、ロール圧造を行わず、湾曲領域のみ結晶粒を粗大化させた実施例２において、引張強さ５７９ＭＰａで応力腐食割れ耐久時間が５８１時間であった。いずれも高い耐久性を示した。

【0071】

これに対して、成形方法に絞り工程を用いて、結晶粒が粗大化していない比較例１、２では、応力腐食割れ耐久時間が１１０、１２０時間となり、耐久性が不十分となった。

【0072】

このことからも、据え込み工程を行うことで、湾曲領域に塑性歪みを付与し、熱処理工程で結晶粒が粗大化し、耐久性が向上していることがわかる。

【0073】

＜実施例３＞
図１３は、本発明の実施例３にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図である。実施例３では、材料のアルミニウム合金にＨ１４材、例えばＡ７０５０ＢＤ－Ｈ１４が用いられる。

【0074】

製造工程は、実施例１と同様に、（１）アルミニウム合金の引抜棒１を準備し、所定の長さに切断する切断工程、および（２）金型内に配置し、ハンマー等で下向きの押圧力を加えて据え込み加工を施し、引抜棒１の上端を塑性変形させ、大径部２およびテーパ部３を形成する据え込み工程を行い据え込み中間体を作製する。据え込み工程により、テーパ部３で、塑性歪が付与される。

【0075】

続いて、（３）頭部成形工程を行い、大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行って頭部５を形成する。

【0076】

続いて、（４）焼鈍し工程を行い、据え込み工程により形成されたテーパ部３の塑性歪みを緩和する。

【0077】

次に、（５）ロール圧造工程を行い、本体部４のねじ６を形成するロール圧造範囲にロール圧造を行って、本体部４のねじ形成部の表面およびその近傍に塑性歪を付与する。ロール圧造は、例えば図８に示す方法で行われる。

【0078】

次に、（６）ねじ転造工程により、本体部４にねじ部６を形成する。この工程によってねじ部を構成する結晶粒のみ微細化する。

【0079】

最後に、ねじ転造工程を行ったねじ転造中間体に対して、熱処理、即ち（７）溶体化処理および（８）時効処理を行う。熱処理には、図９に示すＴ６処理が用いられる。これにより、ねじ部６に隣接するねじ部隣接領域のみ結晶粒が粗大化する。以上の工程で、実施例３にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0080】

図１３の断面写真に示すように、実施例３にかかるアルミニウム合金製ボルトでは、首下丸み部の結晶粒は粗大化されず、ねじ部６に隣接するねじ部隣接領域の結晶粒のみ粗大化できる。

【0081】

このように、実施例３の方法を用いることで、特にねじ部での耐応力腐食割れ性が優れたアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【0082】

＜実施例４＞
図１４は、本発明の実施例４にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図である。実施例４では、材料のアルミニウム合金に、Ｏ材、例えばＡ７０５０ＢＤ－Ｏ、またはＨ１４材、例えばＡ７０５０ＢＤ－Ｈ１４が用いられる。

【0083】

製造工程では、実施例３の（２）据え込み工程に代えて、（２）絞り工程で、大径部２とテーパ部３とを形成し絞り中間体を作製する。続く（３）頭部成形工程で、大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行って頭部５を形成する。

【0084】

以降の工程（４）～（８）は、実施例３と同じである。以上の工程で、実施例４にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0085】

図１４の断面写真に示すように、実施例４にかかるアルミニウム合金製ボルトでは、据え込み工程に代えて絞り工程を用いることで、Ｏ材、Ｈ１４材の材質によらず、首下丸み部の結晶粒は粗大化されず、ねじ部隣接領域の結晶粒のみ粗大化できる。

【0086】

このように、実施例４の方法を用いることで、特にねじ部での耐応力腐食割れ性が優れたアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【0087】

なお、アルミニウム合金製ボルトの表面には、陽極酸化被膜、化成処理被膜、絶縁被膜等が形成されても構わない（以下の実施の形態２も同じ）。

【0088】

実施の形態２（６０００系アルミニウム合金）
本発明の実施の形態２では、６０００系（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ）のアルミニウム合金をボルト材料に用いる場合について説明する。図１５は、６０００系のアルミニウム合金材料に歪を付与した後、熱処理（Ｔ６処理）を行った場合の、相当塑性歪と平均結晶粒径との関係を示す。黒丸は、材質Ａ６０５６－Ｈ１２のアルミニウム合金で、冷間加工を行い、加工硬化させた引抜棒である。付与した相当塑性歪が０．２２近傍で、熱処理後に平均結晶粒径が大きくなる傾向にある。このように、熱処理前に付与する歪量を制御することにより、アルミニウム合金材料の平均結晶粒径を制御できることがわかる。図１５中に黒丸で示した材質Ａ６０５６－Ｈ１２の測定データを表３に示す。

【0089】

【表3】

【0090】

＜実施例５＞
図１６は、本発明の実施例５にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図である。材料のアルミニウム合金には、例えば、６０００系アルミニウム合金のＡ６０５６－Ｈ１２が用いられる。

【0091】

図１６の製造工程は、図１０に示す実施例２の製造工程とほぼ同様であり、以下に簡単に説明する。

【0092】

（１）切断
アルミニウム合金の引抜棒（棒材）１を準備し、所定の長さに切断する。引抜棒１は、予め結晶粒が微細化され、高強度のものが用いられる。結晶粒の大きさｄ_２は、上述のように、例えば、１μｍ以上、４０μｍ未満である。

【0093】

（２）据え込み
引抜棒１を金型内に配置し、ハンマー等で下向きの押圧力を加えて据え込み加工を施し、上端を塑性変形させて大径部２およびテーパ部３を形成する。据え込み工程により、テーパ部３に塑性歪が付与される。結晶粒に与えられ塑性歪は、相当塑性歪ε換算で、０．１≦ε≦０．５であり、好適には０．２≦ε≦０．４である。

【0094】

（３）頭部成形
大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行い、頭部（ボルトヘッド）５の成形を行う。なお、本体部４のロール圧造は行わない。

【0095】

（４）溶体化処理／（５）時効処理
頭部成形工程を行った頭部成形中間体に対して、熱処理、即ち溶体化処理および時効処理を行う。図１７は、溶体化処理および時効処理の温度ダイアグラムである。図１７に示すように、溶体化処理では、例えば５５０℃に昇温して、１～１０時間保持する。続いて、例えば水中に入れて急冷した後、時効処理を行う。時効処理は、例えば１４０～２００℃の温度で、３～２４時間保持して行う。熱処理工程により、据え込み工程で塑性歪を付与したテーパ部３で、結晶粒の粗大化が起きる。

【0096】

（６）ねじ転造
ねじ転造により、本体部４の表面にねじを形成する。この工程によってねじ部を構成する結晶粒のみ微細化する。以上の工程で、実施例５にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。図１６の断面写真１、２に示すように、（２）据え込み工程で、所定の大きさの塑性歪を与えた領域、即ち湾曲領域の結晶粒が、その後の熱処理により粗大化していることがわかる。

【0097】

このように、実施例５のアルミニウム合金製ボルトでは、湾曲領域の結晶粒が粗大化し、湾曲領域の平均結晶粒径ｄ_１が、例えば首下部内部のような他の部分の結晶粒の平均粒径ｄ_２より大きくなる（ｄ_１＞ｄ_２）。これにより、ボルト締結時に応力が集中し、応力腐食割れが起きやすい、首下丸み部（図３参照）において、結晶粒を粗大化し、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。また、断面写真２から分かるように、首下部内部のような他の部分の結晶粒は、微細なままであるため、高強度も維持できる。この結果、耐応力腐食割れ性に優れ、高強度のアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【0098】

＜実施例６＞
図１８は、実施例６にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図である。材料の６０００系アルミニウム合金には、Ｈ１２材、例えばＡ６０５６－Ｈ１２が用いられる。

【0099】

実施例６では、実施例５の（２）据え込み工程に代えて、（２）絞り加工工程で、大径部２とテーパ部３とを形成する。即ち、引抜棒１の、首下丸み部に対応する位置から下端部にわたって絞り加工（絞り成形加工）を施して、本体部４を形成する。絞り加工が行われた部分では、横断面の直径が小さくなるとともに、本体部４の長さは中心軸Ｃ方向に伸び、本体部４内ではアルミニウム合金材料の流動が起こり、大きな加工歪が付与される。結晶粒に与えられ塑性歪は、相当塑性歪ε換算で、０．１≦ε≦０．５であり、好適には０．２≦ε≦０．４である。

【0100】

（２）絞り加工の後、（３）頭部成形工程により、大径部２とテーパ部３とにプレス加工を行い、頭部５の成形を行う。

【0101】

頭部成形を行った頭部成形中間体に対して、実施例５と同様の熱処理（（４）溶体化処理および（５）時効処理）工程（図１７参照）を行った後に、（６）ねじ転造により、本体部４にねじ６を形成する。以上の工程で、実施例６にかかるアルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0102】

図１８の断面写真１、２に示すように、（２）絞り工程および（６）ねじ転造工程で所定の大きさの塑性歪を与えた領域、即ち湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒が、その後の熱処理により粗大化しているのがわかる。

【0103】

図１９は、実施例６にかかるアルミニウム合金製ボルトの各領域の断面拡大写真および結晶粒径の測定結果である。（ｂ）湾曲領域では結晶粒が粗大化し、結晶粒径ｄ_１は６４μｍあるいは１２３μｍとなっている。（ｃ）首下部内部では結晶粒は微細化したままで、結晶粒径ｄ_２は３５μｍあるいは３９μｍとなっている。また（ｄ）ねじ部隣接領域では結晶粒が粗大化し、結晶粒径ｄ_３は１０７μｍとなっている。

【0104】

なお、実施例６では、ロール圧造工程を行わなくてもねじ部隣接領域で結晶粒が粗大化しいている。これは、棒材の準備工程、（１）切断工程、および（２）絞り加工工程で、ねじ部隣接領域に相当する領域の材料が流動し、図１５に示される相当塑性歪０．２２程度の加工歪が付与されたためである。

【0105】

比較例２で述べたように、７０００系アルミニウム合金を用いて絞り加工を行った場合は、結晶粒の粗大化は認められなかったのに対して、実施例５のように、６０００系アルミニウム合金を用いた場合は、湾曲領域およびねじ部隣接領域で結晶粒の粗大化が認められた。この理由として、図１、１５に示すように、７０００系アルミニウム合金と６０００系アルミニウム合金では、結晶粒が粗大化するのに必要な塑性歪の量が異なるためと推察される。即ち、７０００系アルミニウム合金の場合は、（２）絞り工程および（６）ねじ転造工程で、例えば相当塑性歪εが０．７以上となるような過剰な塑性歪が導入されたため、熱処理によって結晶粒の粗大化は発生せず、結晶粒は微細化した。これに対し、６０００系アルミニウム合金の場合は（２）絞り工程で適正な塑性歪が付与されたため、十分に結晶粒を粗大化させることができたと考えられる。

【0106】

以下の表４は、実施例５、６のアルミニウム合金製ボルトの応力腐食割れ試験における耐久性の比較である。材料のアルミニウム合金はＡ６０５６－Ｈ１２である。

【0107】

【表4】

【0108】

表４に示すように、６０００系アルミニウム合金を材料に用いた場合、成形方法が据え込み加工（実施例５）か、絞り加工（実施例６）かにかかわらず、約４００ＭＰａの引っ張り強さで、応力腐食割れ耐久時間が２０００Ｈｒ以上と高い耐久性が得られた。これは、６０００系アルミニウム合金を材料に用いた場合、成形方法によらず湾曲領域では結晶粒の粗大化が起きているためと考えられる。

【0109】

＜実施例７＞
図２０は、本発明の実施例７にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図であり、実施例５の製造工程（図１６参照）が、さらにロール圧造工程を含むものである。材料のアルミニウム合金には、例えば、６０００系アルミニウム合金のＡ６０５６－Ｈ１２が用いられる。

【0110】

図２０に示す製造工程は、図１６に示す実施例５の製造工程とほぼ同様であるが、さらに（２）据え込み工程後に、本体部４に（３）ロール圧造工程が行なわれる。（３）ロール圧造工程は、実施例１の工程と同様である（例えば図８参照）。

【0111】

（３）ロール圧造工程では、据え込み中間体の本体部４にロール圧造を行って塑性歪を付与し、本体部の表面および表面近傍に塑性歪が付与されたロール圧造中間体を作製する。図２０中、破線で囲んだ部分がロール圧造範囲であり、この工程により本体部４の表面および表面近傍で結晶粒が粗大化する。結晶粒に与えられ塑性歪は、相当塑性歪ε換算で、０．１≦ε≦０．５であり、好適には０．２≦ε≦０．４である。

【0112】

（３）ロール圧造工程後には、実施例５と同様に、（４）頭部形成、（５）溶体化処理、（６）時効処理、および（７）ねじ転造の各工程が行なわれ、アルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0113】

断面写真１、２に示すように、（２）据え込み工程および（３）ロール圧造工程で、所定の大きさの塑性歪を与えた領域、断面写真１で言えば湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒が、その後の熱処理により粗大化している。

【0114】

このように、実施例７のアルミニウム合金製ボルトでは、湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒が粗大化し、湾曲領域の平均結晶粒径ｄ_１、ねじ部隣接領域の平均結晶粒径ｄ_３が、例えば首下部内部のような他の部分の結晶粒の平均粒径ｄ_２より大きくなる（ｄ_１＞ｄ_２、ｄ_３＞ｄ_２））。これにより、ボルト締結時に応力が集中し、応力腐食割れが起きやすい、首下丸み部（図３参照）において、結晶粒を粗大化し、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。また、断面写真２から分かるように、首下部内部のような他の部分の結晶粒は微細なままであるため、高強度も維持できる。この結果、耐応力腐食割れ性に優れ、高強度のアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【0115】

＜実施例８＞
図２１は、本発明の実施例８にかかるアルミニウム合金製ボルトの製造工程を示す図であり、実施例６の製造工程（図１８参照）が、さらにロール圧造工程を含むものである。材料のアルミニウム合金には、例えば、６０００系アルミニウム合金のＡ６０５６－Ｈ１２が用いられる。

【0116】

図２１に示す製造工程は、図１８に示す実施例５の製造工程とほぼ同様であるが、さらに（２）絞り工程後に、本体部４に（３）ロール圧造工程が行なわれる。（３）ロール圧造工程は、実施例１の工程と同様である。図２１中、破線で囲んだ部分がロール圧造範囲であり、この工程により本体部４の表面および表面近傍で結晶粒が粗大化する。結晶粒に与えられ塑性歪は、相当塑性歪ε換算で、０．１≦ε≦０．５であり、好適には０．２≦ε≦０．４である。

【0117】

（３）ロール圧造工程後には、実施例６と同様に、（４）頭部形成、（５）溶体化処理、（６）時効処理、および（７）ねじ転造の各工程が行なわれ、アルミニウム合金製ボルトが完成する。

【0118】

断面写真１、２に示すように、（２）据え込み工程および（３）ロール圧造工程で、所定の大きさの塑性歪を与えた領域、断面写真１で言えば湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒が、その後の熱処理により粗大化しているのがわかる。

【0119】

このように、実施例８のアルミニウム合金製ボルトでは、湾曲領域およびねじ部隣接領域の結晶粒が粗大化し、湾曲領域の平均結晶粒径ｄ_１、ねじ部隣接領域の平均結晶粒径ｄ_３が、例えば首下部内部のような他の部分の結晶粒の平均粒径ｄ_２より大きくなる（ｄ_１＞ｄ_２、ｄ_３＞ｄ_２））。これにより、ボルト締結時に応力が集中し、応力腐食割れが起きやすい、首下丸み部（図３参照）において、結晶粒を粗大化し、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。また、断面写真２から分かるように、首下部内部のような他の部分の結晶粒は微細なままであるため、高強度も維持できる。この結果、耐応力腐食割れ性に優れ、高強度のアルミニウム合金製ボルトを得ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0120】

本発明にかかるアルミニウム合金製ボルトは、自動車、鉄道、船舶、航空機、移動体車両など各種輸送機械のような軽量化の要求が強い構造物の連結や締結に利用できる。

【符号の説明】

【0121】

１ 引抜棒
２ 大径部
３ テーパ部
４ 本体部
５ 頭部
６ ねじ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】