アルミ合金鋳物を熱処理するとなぜ硬くなるの？

　凝固点直下の高温で合金を保持すると，Alの結晶構造の中にCu，Mg，Si等のような他の合金元素の原子が均一に溶け込んだ“固溶体”状態になっています．このような状態にすることを“溶体化処理”と呼びます．この状態からゆっくり冷却すると，溶けきれなくなった合金元素が，CuAl₂，Mg₂Siなどのような安定した，光学顕微鏡でも観察できる程度の若干大きな結晶を形成し，Alの結晶構造の一部にこれらの結晶が分散した状態（“析出”状態）になります．この状態では析出物が大きいため合金はあまり強化されません．

　ゆっくり冷却せずに，高温の固溶状態を水中への急冷処理（焼入れ）等の手段により室温まで同様の固溶状態を持越す処理を行います．この状態にされた材料を過飽和固溶体といいます．この後，図１に示すように，常温～200℃程度の温度に数時間～数日間（工業的には数時間）保持することにより，アルミニウム合金中に溶けている元素が微細に析出し，この析出物が転位の動きを止めるため，強度を高めます．このように合金が硬化する現象を“時効硬化”現象といい，このような処理を“人工時効処理”と呼びます．この現象を利用して，熱処理による強化を行っています．更に処理時間を長くすると安定した析出状態になり，軟化します．最高硬さ以前を“亜時効状態”，以降を“過時効状態”と呼びます．

　アルミニウム合金鋳物で利用される代表的な熱処理とその記号，概要を以下に記します．

Ｆ ：鋳造のまま

Ｔ４：溶体化処理後焼入れし，室温で自然時効処理を行う処理．

Ｔ５：人工時効処理だけを行い，若干強度を向上させたり寸法を安定化したりする処理．

Ｔ６：溶体化処理後焼入れし，人工時効処理をして最高強度の状態を得る上記説明の処理．

Ｔ７：Ｔ６と同様な処理を施すが，内部ひずみの減少，寸法安定化，高温特性の安定化等を目的とし，人工時効処理を若干高温あるいは長時間行い，過時効状態とする処理．

（『鋳造工学』第88巻第5号掲載）