摩擦压焊方法技术

本发明专利技术提供一种摩擦压焊方法，其特征在于：在金属构件的摩擦压焊中，以在一对金属构件的相对的面即接合面之间夹持下述嵌入件的状态开始摩擦压焊，使嵌入件熔化、挤出，其中所述嵌入件由具有金属构件的熔点(摄氏温度)的60～80％的熔点(摄氏温度)的金属形成。由此，可以去除以往那样由高温加热带来的弊病，同时能够以短时间得到与以往同等以上的接合品质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适合对金属构件彼此进行接合的。
技术介绍
作为对金属构件彼此进行接合的方法之一，提出了摩擦压焊。摩擦压焊是使成为 被接合材的金属构件的接合面彼此接触，一边对该接合面进行加压一边使其机械地相对运 动，将产生的摩擦热作为加热源进行压焊的方法。 关于构件的相对运动，例如有以与接触面垂直的轴为中心的旋转运动及与接触面 平行的方向的往复运动等。摩擦压焊由于不利用通电加热，所以不需要大型的电源设备，可 用比较简单的设备得到尺寸精度高的制品。因此，适用于实施了精加工的部件的接合等。此 外，与一般的焊接不同，还可进行异种金属材料间的接合，因而应用领域广。因此，已在汽车 用的阀门等多种精密机械部件等中应用。 摩擦压焊中，加热到接近金属构件的熔点，利用接合面附近的塑性流动所产生的 密合性是必要的。因此，在接合面附近容易产生变形，此外金属构件的热影响区扩大，在强 度或材料特性方面产生不良影响。因此提出了作为控制金属构件的热影响的方法的多种方 法。 专利文献1中公开了在摩擦压焊热容量不同的金属构件时，在金属构件之间插入 作为旋转体的嵌入件，分别对两构件进行温度控制，同时使嵌入件旋转而进行摩擦接合的 方法。在专利文献1的中，可通过嵌入件来对一对金属构件进行接合。 专利文献2中为谋求接合温度的低温化，提出了通过摩擦压焊法将液相扩散接合 中所用的非晶质合金箱（钎焊用钎料）预先与金属构件接合。也就是说，成为一次接合的 摩擦压焊可在钎料（非晶质金属箱）的熔点以下的温度下进行，成为二次接合的液相扩散 接合（钎焊）可在钎料（非晶质金属箱）的熔点左右的温度下进行。因此，与通常的摩擦 压焊相比可低温化，因而变形量小，能够减小金属构件的热影响区。可是，专利文献2的方 法本质上是对金属构件进行液相扩散接合，不是摩擦压焊。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2009-101374号公报 专利文献2:日本特开2006-159212号公报 非专利文献 非专利文献1 :久曾神他"关于碳钢的摩擦压焊的研究"1976年4月1日日本机械 学会论文集（C编）P1406~1414
技术实现思路
专利技术要解决的问题 在成为被接合材的金属构件的接合面中存在氧化物（包含自然氧化膜，起因于母 材的金属氧化物。以下简称为氧化物。）。在进行摩擦压焊这样的固相接合时，从接合面除 去氧化物是重要的。因为如果在接合界面中残留氧化物，则该部分成为缺陷，使接合强度下 降。另外，因为还有氧化物成为裂纹的发生源，使断裂韧性显著劣化的顾虑。 在通常的摩擦压焊中，接合面附近因高温化而软化。因此，在进行压焊时，该软化 区产生塑性流动，连氧化物一齐向构件的外部挤出。其成为毛刺。通过该塑性流动除去氧 化物，使纯净的金属面彼此密合，可以得到无缺陷的接合材。 可是，为了挤出氧化物，有必要产生足够量的塑性流动。因此，需要增加热量输入 量，尽量达到高温。由于金属构件的尺寸越大塑性流动量越增加，因此热量输入量增大。 例如在为钢时，为了确保足够量的塑性流动，提高接合强度，最高到达温度达到 1300~1400°C(非专利文献1)。已知一般的低碳钢的熔点为1400°C~1500°C的范围，因 此是非常高温的。在如此进行高温加热时，要产生充分的摩擦热则需要时间，难以缩短接合 时间。 另外，因加热时间变长而通过热传导使金属构件的热影响区扩大，使该热影响区 的材料特性发生变化。因此，出现不能确保如设计那样的强度及功能等问题。 例如，在对钢材进行摩擦压焊时，接合部的周边在宽的范围内温度上升，形成热影 响区（以下称为HAZ(HeatAffectedZone)。）。接合界面一旦被加热到奥氏体区域并被 骤冷，因而成为马氏体组织，有时产生显著的HAZ硬化。在为淬火钢等马氏体钢时，只有在 HAZ区被加热到温度低于Acl点的区域被回火，产生所谓的HAZ软化。因此在为淬火钢时， 有在HAZ区的一部分中产生强度下降、接合构件整体的强度下降的顾虑。 另外，因高温加热而软质化的区域通过顶锻加压（压紧）而产生塑性流动，向外部 排出，其成为毛刺。在为金属材料时，如果接合部的加热温度高则软化区域也扩展，因此在 接合部周边的宽的范围产生塑性流动，不仅变形量增大，而且毛刺量也增大。因此最终制品 的精度恶化，需要除去毛刺等加工（切削加工等），多余地需要劳力和成本。此现象并不局 限于钢，铝、钛、铜等金属材料也出现同样的情况。 本专利技术是为解决这样的问题而完成的，其目的是在金属构件的摩擦压焊中，去除 以往那样由高温加热带来的弊病，同时以短时间得到足够的接合强度。 用于解决课题的手段 本专利技术人们进行了锐意的研究，结果得到以下的见识。 (a)发现了 ：在金属构件的中，在将熔点比金属构件低的嵌入件配 置在金属构件之间实施摩擦压焊时，能够与熔化的嵌入件的流动一同将接合面的氧化物 (氧化皮膜）除去。由此，不用将金属构件加热至必要以上，只要使嵌入件熔化就能将存在 于金属构件的接合面中的氧化物（包括氧化皮膜）除去。 (b)发现了 ：仅夹着嵌入件而进行加热、压紧，不能将接合面上的氧化物完全除 去。 也就是说，认为通过接合面的相对的运动（例如旋转运动等），将接合面上的氧化 物剥离，或形成易剥离的状态，除此以外，通过熔化的嵌入件的流动，将该剥离的氧化物刮 取，然后冲走。由此，能够显著提高接合面的纯净度，能够得到无缺陷的接合界面。 (c)发现了 ：为了最大限度地得到上述效果，优选使嵌入件的熔点比接合所需的 加热温度（压焊温度）低50°C左右。这是因为：如果使嵌入件的熔点低至必要以上，则在 氧化物的剥离未发展时将嵌入件向外部挤出。 这样一来，尽管与以往的摩擦压焊相比为低温，但能够将除去了氧化物的纯净接 合面彼此进行压焊，确保金属构件的密合性，得到高的接合强度。另外，因加热温度低而能 缩短接合时间。 而且，尽管金属材料因材质而使熔点变动，但发现能够以与金属构件的熔点（摄 氏温度）的比率近似地表示嵌入件的熔点。也就是说，发现了最好以达到金属构件熔点（摄 氏温度）的60%~80%的温度（摄氏温度）的方式选择嵌入件的熔点。 本专利技术是基于上述见识而完成的，作为其主旨如下所述。 (1) -种，其是一对金属构件的，其特征在于：以在所 述金属构件的相对接合的面即接合面之间夹持下述嵌入件（也可以称为嵌入材料）的状态 开始摩擦压焊，使所述嵌入件熔化，并将所述嵌入件从所述一对金属构件之间挤出，其中所 述嵌入件由具有所述金属构件的熔点（摄氏温度）的60~80%的熔点（摄氏温度）的金 属形成，也就是说将熔化的所述嵌入件从所述相对的接合面之间挤出。(2)根据上述（1)所述的，其特征在于：所述嵌入件的厚度为10~ 500μm〇(3)根据上述（1)或（2)所述的，其特征在于：所述嵌入件覆盖至少 一方的所述接合面。(4)根据上述（1)~（3)中任一项所述的金属构件的，其特征在于：当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦压焊方法，其是一对金属构件的摩擦压焊方法，其特征在于：以在所述金属构件的相对接合的面即接合面之间夹持下述嵌入件的状态开始摩擦压焊，使所述嵌入件熔化，并将所述嵌入件从所述一对金属构件之间挤出，其中所述嵌入件由具有所述金属构件的熔点的60～80％的熔点的金属形成，所述熔点以摄氏温度表示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田徹，泰山正则，西畑瞳，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP