金属材料的低温接合方法和接合构造物技术

本发明专利技术要解决的技术问题在于：提供一种能够有效地抑制各种高张力钢或铝的接合部和热影响部的机械特性的降低的简便的低温接合方法以及利用该低温接合方法得到的接合构造物。本发明专利技术解决技术问题的技术方案在于：该金属材料的低温接合方法的特征在于，其使2个金属材料在被接合部相对而形成被接合界面，向被接合部压入以规定的转速旋转的旋转工具，从而将2个金属材料接合，该方法通过使旋转工具的最外周的圆周速度为51mm/s以下，向被接合部导入强形变而降低金属材料本来具有的再结晶温度，使接合温度小于金属材料本来具有的再结晶温度，在被接合界面生成再结晶晶粒。

Low temperature bonding method and bonding structure for metallic materials

The technical problem to be solved by the present invention is to provide a simple low temperature bonding method which can effectively suppress the reduction of mechanical properties of various high tension steel or aluminium joints and heat-affected parts, and a bonding structure obtained by the low temperature bonding method. The technical scheme of the invention for solving technical problems is that the low temperature bonding method of the metal material is characterized in that two metal materials form a bonded interface relative to each other at the jointed part, press a rotating tool rotating at a specified speed into the jointed part, thereby joining the two metal materials. The method makes the rotary worker join the two metal materials. The circumferential velocity of the tool is less than 51 mm/s. By introducing strong deformation into the jointed part, the original recrystallization temperature of the metal material is reduced, so that the bonding temperature is less than the original recrystallization temperature of the metal material, and recrystallized grains are formed at the jointed interface.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属材料的低温接合方法和接合构造物
本专利技术涉及一种将金属材料彼此直接接合的低温接合方法和利用该低温接合方法得到的接合构造物，更具体而言，涉及一种能够有效地抑制接合部和热影响部的机械特性的降低的低温接合方法以及利用该低温接合方法得到的接合构造物。
技术介绍
伴随着钢和铝合金等金属材料的高强度化，制约接合构造物的机械特性的接合部上的强度降低已成为深刻的问题。对此，近年来，不使接合中的最高到达温度达到被接合材料的熔点而接合部上的强度降低比现有的熔融焊接小的摩擦搅拌接合受到了注目，并快速地得到了实用化。然而，在采用属于固相接合的摩擦搅拌接合时，对于高张力钢或热处理型铝合金而言，抑制其接合部的强度降低是困难的，在接合构造物中，无法充分利用这些金属材料本来具有的机械特性。其中，例如，在专利文献1(日本特开2005－131679号公报)中，公开了一种热处理型铝合金材的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，对热处理型铝合金材进行摩擦搅拌接合，其中，对这样的热处理型铝合金材实施T4调质后，再进行恢复处理，然后，对实施该恢复处理后的处于恢复状态的热处理型铝合金材进行摩擦搅拌接合。在上述专利文献1所记载的摩擦搅拌接合方法中，能够以搅拌接合部、热影响部和母材之中母材的硬度最小的方式构成接头，防止搅拌接合部和热影响部的断裂，并能够有利地得到延展性乃至加压成型性优异的接合材料。另外，在专利文献2(日本特开2015－057292号公报)中，公开了一种金属材料的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，包括如下的摩擦搅拌接合工序，即，使被接合材料彼此在接合部抵接，向上述接合部插入旋转的棒状的工具，向上述接合部供给冷却过的冷媒并且使上述工具移动，由此将上述被接合材料彼此接合，其中，所述被接合材料中的至少一个被接合材料为具有面心立方晶格结构且再结晶温度为300℃以下的金属材料。在上述专利文献2所记载的摩擦搅拌接合方法中，利用冷媒的强制冷却，能够形成由充分地包含错位的微细等轴晶粒构成的搅拌部，因此，即使是具有面心立方晶格结构且再结晶温度为300℃以下的金属材料，也能够获得与母材同等以上的接头强度。[现有技术文献]专利文献专利文献1：日本特开2005－131679号公报专利文献2：日本特开2015－057292号公报
技术实现思路
[专利技术所要解决的技术问题]然而，上述专利文献1所公开的摩擦搅拌接合方法中，利用热处理来降低作为基准的母材的硬度，从而使接合部的硬度相对地上升，无法利用铝合金本来具有的机械特性。另外，即使采用上述专利文献2所公开的摩擦搅拌接合方法，也无法完全抑制高张力钢的接合部上的强度降低，除此以外，还需要准备冷媒和冷媒供给机构。鉴于如上所述的现有技术的问题点，本专利技术的目的在于，提供一种能够有效地抑制各种高张力钢或铝的接合部和热影响部的机械特性的降低的简便的低温接合方法以及利用该低温接合方法得到的接合构造物。[用于解决技术问题的技术方案]本专利技术人为了实现上述目的，对在接合界面形成再结晶晶粒而实现接合的方法反复进行了潜心研究，结果发现向接合界面导入强形变并抑制升温等是极其有效的，从而完成了本专利技术。即，本专利技术提供一种金属材料的低温接合方法，其特征在于：使2个金属材料在被接合部相对而形成被接合界面，向上述被接合部压入以规定的转速旋转的旋转工具，从而将上述2个金属材料接合，其中，通过使上述旋转工具的最外周的圆周速度为51mm/s以下，向上述被接合部导入强形变而降低上述金属材料本来具有的再结晶温度，使接合温度小于上述金属材料本来具有的再结晶温度，在上述被接合界面生成再结晶晶粒。为了抑制热影响部的强度降低，优选降低接合温度。在此，在现有的摩擦搅拌接合中，接合温度上升至被接合材料的熔点(K)的约7成左右，但在本专利技术的低温接合方法中，以在现有的摩擦搅拌接合中不能想到的程度的低转速使旋转工具旋转，从而抑制接合温度的上升并导入强形变，使接合温度小于被接合材料的金属材料本来具有的再结晶温度，从而能够抑制热影响部的强度降低。其中，通过使旋转工具的最外周的圆周速度为51mm/s以下，能够抑制因旋转工具的压入负荷增加而导致的接合温度的上升。另外，“金属材料本来具有的再结晶温度”根据金属材料的不同而不同，通常为金属材料的熔点(K)的约4成左右。另外，通过使接合温度小于被接合材料的金属材料本来具有的再结晶温度，能够降低因旋转工具的压入而形成的搅拌部的再结晶粒径，并能够利用该微细粒化提高搅拌部的机械特性。在本专利技术的金属材料的低温接合方法中，优选利用上述转速的降低和上述压入负荷的增加使上述接合温度降低，使上述再结晶晶粒的粒径成为1μm以下。已知一般的摩擦搅拌接合中的接合温度与所压入的旋转工具的转速、压入负荷和移动速度密切相关，随着转速和压入负荷的增加以及移动速度的降低，接合温度上升。对此，本专利技术人发现：将转速设定为极小时，即使增加压入负荷，接合温度也不会大幅度上升，另一方面，向接合界面附近导入的形变因压入负荷的增加而显著上升。另外，关于旋转工具的移动速度，可以在考虑搅拌部的缺陷形成和接合速度等的情况下适当设定；在点接合的情况下，可以调节旋转工具的压入和拉拔速度；在线接合的情况下，可以调节被接合界面上的移动速度。另外，关于旋转工具的形状，只要不损害本专利技术的效果，就没有特别限定，可以采用目前公知的各种摩擦搅拌接合用工具的形状。通常使用棒状的旋转工具，也可以使用例如圆盘状的旋转工具。从接合条件和接合机理等的观点考虑，本专利技术的低温接合方法是与现有的摩擦搅拌接合完全不同的方法，即，本专利技术的低温接合方法中，通过在低温下向被接合界面附近导入大的形变，使实际上产生再结晶的温度低于“金属材料本来具有的再结晶温度”，在抑制热影响部的形成的小于“金属材料本来具有的再结晶温度”在被接合界面生成再结晶晶粒，从而实现良好的接合。另外，在本专利技术的低温接合方法中，包括如下的(1)～(4)的4种方式和它们的组合：(1)使金属板的端部彼此对接而形成接合部，使旋转工具沿着其加工部的长度方向旋转并移动，从而将金属板彼此接合的接合；(2)使金属板的端部彼此对接而形成接合部，使旋转工具在该接合部旋转而不移动，从而进行接合的点接合；(3)使金属板彼此在接合部重叠，向接合部插入旋转工具，使旋转工具在该位置旋转而不移动，从而将金属板彼此接合的点接合；(4)使金属板彼此在接合部重叠，向接合部插入旋转工具，使旋转工具沿着该接合部的长度方向旋转并移动，从而将金属板彼此接合的接合。另外，在本专利技术的低温接合方法中，优选使上述旋转工具的最外周的圆周速度为32mm/s以下，更优选为19mm/s以下。通过使旋转工具的最外周的圆周速度为32mm/s以下，能够抑制被接合界面附近的温度上升，并能够使接合温度小于金属材料本来具有的再结晶温度。另外，通过使旋转工具的最外周的圆周速度为19mm/s以下，能够更可靠地抑制接合温度的上升。另外，在本专利技术的低温接合方法中，优选将上述压入负荷设定为能够将上述旋转工具以不旋转的状态压入于上述金属材料的值以上。在一般的摩擦搅拌接合中，利用因摩擦热而导致的被接合材料的软化来压入旋转工具，但在本专利技术的低温接合方法中，由于接合温度的上升被抑制，因此，需要以使被接合材料发生塑性变形的方式压入旋转工具。另外，通过以大负荷将旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料的低温接合方法，其特征在于：使2个金属材料在被接合部相对而形成被接合界面，向所述被接合部压入以规定的转速旋转的旋转工具，从而将所述2个金属材料接合，其中，通过使所述旋转工具的最外周的圆周速度为51mm/s以下，向所述被接合部导入强形变而降低所述金属材料本来具有的再结晶温度，使接合温度小于所述金属材料本来具有的再结晶温度，在所述被接合界面生成再结晶晶粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.11 JP 2016-0478061.一种金属材料的低温接合方法，其特征在于：使2个金属材料在被接合部相对而形成被接合界面，向所述被接合部压入以规定的转速旋转的旋转工具，从而将所述2个金属材料接合，其中，通过使所述旋转工具的最外周的圆周速度为51mm/s以下，向所述被接合部导入强形变而降低所述金属材料本来具有的再结晶温度，使接合温度小于所述金属材料本来具有的再结晶温度，在所述被接合界面生成再结晶晶粒。2.如权利要求1所述的金属材料的低温接合方法，其特征在于：使所述再结晶晶粒的粒径为1μm以下。3.如权利要求1和2所述的金属材料的低温接合方法，其特征在于：使所述旋转工具的最外周的圆周速度为32mm/s以下。4.如权利要求1～3中任一项所述的金属材料的低温接合方法，其特征在于：使所述旋转工具的最外周的圆周速度为19mm/s以下。5.如权利要求1～4中任一项所述的金属材料的低温接合方法，其特征在于：将所述旋转工具的压入负荷设定为能够将所述旋转工具以不旋转的状态压入于所述金属材料的值以上。6.如权利要求1～5中任一项所述的金属材料的低温接合方法，其特征在于：在由所述旋转工具施加至所述金属材料的应力在所述被接合部的温度下的所述金属材料的屈服应力以上的范围，使所述压入负...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤井英俊，上路林太郎，森贞好昭，
申请(专利权)人：国立大学法人大阪大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP