摩擦焊接方法技术

本发明专利技术提供一种不管铁系材料的组成，都能够抑制接合部的硬度上升及热影响部的硬度(强度)降低的简便且有效的摩擦焊接方法及由此获得的焊接结构物。本发明专利技术涉及一种摩擦焊接方法，其特征在于，使两个金属制被焊接材料(2、4)的被接合面彼此在抵接的状态下进行滑动，将金属制被焊接材料(2、4)的至少一方设为铁系材料，将焊接中的最高到达温度设为铁系材料的A3点以下或Acm点以下，优选焊接中的最高到达温度为铁系材料的A1点以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】摩擦焊接方法
本专利技术涉及一种金属材料的摩擦焊接方法，更具体而言，涉及可适用于各种铁系材料的、能够使接头特性飞跃性地提高的摩擦焊接方法、及由此获得的焊接结构物。
技术介绍
近年来，利用了摩擦生热现象的固相焊接(摩擦焊接)方法作为与现有的熔焊相比能够减小接合部的强度降低的焊接方法而备受关注。作为该固相焊接方法，可以举出：将高速旋转的圆柱状的工具压入被焊接材料进行焊接的“摩擦搅拌焊接(FSW)”、使旋转的圆柱状的被焊接材料与已固定的被焊接材料抵接进行焊接的“摩擦压焊”、及使被焊接材料在抵接的状态下往复运动进行焊接的“线性摩擦焊接”等。成为摩擦焊接的对象的被焊接材料的种类及组合广泛，关于作为通用结构材料的钢，也进行了广泛的研究开发。例如，在专利文献1(日本特开2001-287051号公报)中提出有一种方法，提供硬度在摩擦压焊的旋转半径方向成为大致均匀的高强度钢材料的摩擦压焊接头。上述专利文献1中记载的高强度钢材料的摩擦压焊接头为具有结晶粒径为2μm以下的微细组织，拉伸强度为60kgf/mm2以上，并且碳量为0.1wt％以下的高强度钢材料的摩擦压焊接头，高强度钢材料的碳量被控制地低至0.1wt％。通过该0.1wt％以下的低碳量，在进行摩擦压焊时，高强度钢材料的外周部的组织变化被抑制，且固化被抑制。另外，在专利文献2(日本特开2002-294404号公报)中，提供一种摩擦压焊接合部的硬度上升少且适于摩擦压焊的高碳钢材料及其制造方法。摩擦压焊的部件(钢材)被暴露于如下极其剧烈的加热冷却循环，即，在高压力下，以10秒左右被急速加热到恰好熔点以下的温度，接着，从1200℃以上急速冷却。因此，在急速加热时部件的晶粒粗大化，因其后的急速冷却而转变成硬质的马氏体相，接合部的硬度上升。与之相对，在上述专利文献2中记载的高碳钢材料中，通过含有0.005％以上的固溶状态的Nb，能够防止高碳钢材料的奥氏体晶粒的粗大化，能够将通过依据JISG0551的规定的氧化法在800℃×5分钟的热处理后测定的奥氏体粒度号设为9以上，能够抑制摩擦压焊接合部的硬度的上升。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-287051号公报专利文献2：日本特开2002-294404号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题但是，上述专利文献1中公开的摩擦压焊接头必须是碳量为0.1wt％以下的高强度钢材料，且成为对象的被焊接材料被限定于极窄的范围内。另外，在上述专利文献2所公开的摩擦压焊接头中，也限定了能够作为被焊接材料使用的钢材料的组成。此外，不能有效地抑制热影响部的硬度(强度)降低。特别是，在使被焊接材料彼此滑动的摩擦焊接中，难以控制接头特性。鉴于以上现有技术的问题点，本专利技术的目的在于提供一种不管铁系材料的组成，都能够抑制接合部的硬度上升及热影响部的硬度(强度)降低的简便且有效的摩擦焊接方法及由此获得的焊接结构物。用于解决技术问题的手段本专利技术人为了实现上述目的而对摩擦焊接条件进行重复深入研究，其结果发现，将被焊接材料彼此的滑动速度控制为低速抑制摩擦发热，并且利用被焊接材料的加工发热是极其有效的，从而达成本专利技术。即，本专利技术提供一种摩擦焊接方法，其特征在于，是使两个金属制被焊接材料的被接合面彼此在抵接的状态下进行滑动的摩擦焊接方法，将所述金属制被焊接材料的至少一方设为铁系材料，将焊接中的最高到达温度设为所述铁系材料的A3点以下或Acm点以下。此外，铁系材料广泛包含以铁为主成分的金属材料，包括钢材料及铸铁材料。在此，在所述铁系材料为亚共析钢的情况下使用A3点，在所述铁系材料为过共析钢的情况下使用Acm点。在通常的摩擦焊接中，焊接中的最高到达温度比作为被焊接材料的铁系材料的A3点或Acm点高。尤其是，现有的摩擦压焊及线性摩擦焊接为将被接合面的氧化被膜等与毛刺一起排出来实现焊接的技术，为了排出足够量的毛刺而需要使接合温度高于A3点或Acm点(使接合部充分地软化(将接合部的组织制成奥氏体))。与之相对，在本专利技术的摩擦焊接方法中，因为焊接中的最高到达温度为作为被焊接材料的铁系材料的A3点以下或Acm点以下，所以焊接工艺中的接合部的母材(除硬质相以外的母材组织)成为铁素体和奥氏体的两相组织、渗碳体和奥氏体的两相组织、或铁素体和渗碳体的两相组织。其结果，因为该铁素体的区域不伴随相变，因此，能够确实地降低马氏体形成的区域。在本专利技术的摩擦焊接方法中，优选将所述最高到达温度设为所述铁系材料的A1点以下。只要焊接工艺中的最高到达温度为被焊接材料即铁系材料的A1点以下，则在接合部就不会产生相变，不会形成马氏体。另外，因为与现有的摩擦焊接相比以更低的温度实现焊接，所以能够抑制热影响部的形成。其结果，不管铁系材料的组成，都能够抑制接合部的硬度上升及热影响部的硬度(强度)降低。另外，在本专利技术的摩擦焊接方法中，优选同时使用起因于所述金属制被焊接材料彼此的滑动产生的摩擦热、和起因于所述金属制被焊接材料的塑性变形产生的加工发热。现有的摩擦焊接为利用了摩擦热的焊接方法，但是通过积极地灵活运用起因于金属制被焊接材料的塑性变形产生的加工发热，在低的接合温度下也能够获得良好的接头。另外，在本专利技术的摩擦焊接方法中，优选将相对于所述被接合面大致垂直地施加的接合压力设为100～300MPa，将所述金属制被焊接材料的最高滑动速度设为75～380mm/秒，更优选最高滑动速度设为75～160mm/秒。与现有的摩擦焊接相比，通过提高接合压力，极端地降低最高滑动速度，能够将接合温度设为作为被焊接材料的铁系材料的A3点以下或Acm点以下(优选为A1点以下)。此外，能够产生起因于金属制被焊接材料的塑性变形产生的加工发热，在低的接合温度下也能够获得良好的接头。此外，在表示碳钢的摩擦压焊操作标准的JISZ3607中，将用于焊接的圆周速度的下限值设为1000mm/秒，与本专利技术的摩擦焊接方法中使用的滑动速度完全不同。另外，在本专利技术的摩擦焊接方法中，优选将所述两个金属制被焊接材料均设为圆柱形状，使所述两个金属制被焊接材料的端面彼此在抵接的状态下进行旋转。通过所谓在摩擦压焊的方式下实施摩擦焊接，能够容易地控制焊接的工艺条件(接合压力及最高滑动速度等)。另外，金属制被焊接材料不限于实心的，也可以是管状。进而，金属制被焊接材料的形状不限于圆柱形状，也可以是例如角状。用于摩擦压焊的被焊接材料基本上是圆柱形状，焊接时的滑动速度取决于该被焊接材料的直径(严密来说在旋转中心滑动速度为0，随着旋转半径的增加而变大)。即，摩擦压焊的最高滑动速度成为被焊接材料的最外周的滑动速度。在作为摩擦焊接利用摩擦压焊的情况下，优选将被焊接材料的转速设为150～300rpm。如上所述，焊接时的滑动速度取决于焊接材料的直径，但通常使用的直径(例如，直径10mm)时，通过将转速设为150～300rpm，能够将接合温度设为作为被焊接材料的铁系材料的A3点以下或Acm点以下(优选为A1点以下)。此外，通常的摩擦压焊中使用的转速为数千rpm，是与本专利技术的摩擦焊接中使用的转速完全不同的数值范围。另外，在作为摩擦焊接利用摩擦压焊的情况下，优选将顶锻压力设为100～300MPa，将摩擦变形量(burn-offlength)设为0.5～3mm。通过将顶锻压力设为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摩擦焊接方法，其特征在于，是使两个金属制被焊接材料的被接合面彼此在抵接的状态下进行滑动的摩擦焊接方法，将所述金属制被焊接材料的至少一方设为铁系材料，将焊接中的最高到达温度设为所述铁系材料的A3点以下或Acm点以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.31 JP 2015-1521121.一种摩擦焊接方法，其特征在于，是使两个金属制被焊接材料的被接合面彼此在抵接的状态下进行滑动的摩擦焊接方法，将所述金属制被焊接材料的至少一方设为铁系材料，将焊接中的最高到达温度设为所述铁系材料的A3点以下或Acm点以下。2.根据权利要求1所述的摩擦焊接方法，其特征在于，将所述最高到达温度设为所述铁系材料的A1点以下。3.根据权利要求1或2所述的摩擦焊接方法，其特征在于，同时利用起因于所述金属制被焊接材料彼此的滑动产生的摩擦热、和起因于所述金属制被焊接材料的塑性变形产生的加工发热。4.根据权利要求1～3中任一项所述的摩擦焊接方法，其特征在于，将相对于所述被接合面大致垂直地施加的接合压力设为100～300MPa，将所述金属制被焊接材料的最高滑动速度设为75～160mm/秒。5.根据权利要求1～4中任一项所述的摩擦焊接方法，其特征在于，将所述两个金属制被焊接材料均设为圆柱形状，使所述两个金属制被焊接材料的端面彼此在抵接的状态下进行旋转。6.根据权利要求1～5中任一项所述的摩擦焊接方法，其特征在于，将转速...

【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