摩擦搅拌接合用旋转工具制造技术

提供一种耐磨损性以及耐久性优良且能够得到优良的接合特性的摩擦搅拌接合用旋转工具。对摩擦搅拌接合用旋转工具(10)的从轴肩部(11)的前端面(13)凸出的探头销(20)的外周面上的、从与轴肩部(11)的前端面(13)相连续的连续部分(15)至螺纹部(23a)之间的基端侧范围(22)内，实施脉冲激光喷丸硬化处理。维持与摩擦搅拌接合相伴而反复被施加压缩负载以及拉伸负载的探头销(20)的表面硬度以及韧性，抑制由于压曲或热变形导致的损坏，大幅度地提高耐久性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在对由铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等金属材料构成的被接合部件进行摩擦搅拌接合时使用的摩擦搅拌接合用旋转工具，特别地，涉及一种耐久性优良， 并且能够得到高品质的摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合用旋转工具。
技术介绍
当前，作为将由铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等金属材料构成的被接合部件彼此进行接合的方法，存在利用螺栓或铆钉的机械接合、或者电阻点焊、电弧焊、气焊。该电阻点焊、电弧焊、气焊等与利用螺栓或铆钉的机械接合相比，使产品重量轻，工时也较少且装置也比较简单，因此，被广泛利用。但是，在上述的焊接中，焊接温度较高，接合部被加热至大致熔融温度，担心在被接合部件中产生由热变形、硬化、残留应力、脆化、氧化导致的接合不良等各种热影响。在这里，提出了一种取代焊接，而通过摩擦搅拌使被接合部件彼此接合的摩擦搅拌接合方法。图8是表示在该摩擦搅拌接合中使用的摩擦搅拌接合用旋转工具的一个例子的旋转工具前端部的斜视图，图9是表示摩擦搅拌接合方法的图。如图8所示，摩擦搅拌接合用旋转工具100为圆柱状，在其前端具有圆柱状的轴肩部101，探头销102从轴肩部101的前端面IOla凸出，在探头销102的前端侧外周形成螺纹部10加。如图9所示利用旋转驱动装置105使该摩擦搅拌接合用旋转工具100高速地旋转，同时将从轴肩部101的前端面IOla凸出的探头销102向被接合部件W彼此的接合部 Wa中压入，并且使轴肩部101的前端面IOla与被接合部件W的表面接触。在该状态下，使摩擦搅拌接合用旋转工具100 —边沿被接合部件W的接合部Wa移动，一边沿被接合部件W 彼此的接合部Wa进行接合。S卩，在该摩擦搅拌接合用旋转工具100中，利用进行高速旋转的轴肩部101、探头销102和被接合部件W的摩擦热，使被接合部件W塑性流动化，该流动化的被接合部件W在其接合部Wa处，被设置在探头销102的外周上的螺纹部10 搅拌，然后，使该部分冷却，从而使被接合部件W彼此在接合部Wa处接合。在如上所述通过摩擦搅拌接合而使被接合部件W彼此接合的情况下，与焊接相比，可以在低温下使被接合部件W彼此接合，可以抑制接合时的热影响，并且，可以使接合部Wa整体均勻地接合，并且，也可以容易地进行不同种类材料的接合。作为构成该摩擦搅拌接合用旋转工具100中的轴肩部101和探头销102的材料，通常使用热锻模具钢。但是，在使摩擦搅拌接合用旋转工具100高速旋转，将探头销102向被接合部件W 彼此的接合部Wa中压入，并且使轴肩部101的前端面IOla与被接合部件W接触，利用摩擦热使被接合部件W塑性流动化的情况下，如果流动化的被接合部件W与轴肩部101或探头销102熔接，则搅拌阻力变大，成为探头销102损坏的主要原因。另外，轴肩部101及探头销102暴露于高温下，磨损变得剧烈，并且强度下降，担心被反复施加拉伸及压缩负载的探头销102的压曲以及损坏、接合后的被接合部件W的接合部Wa发生热变形。另外，在摩擦搅拌接合用旋转工具的探头销等损坏的情况下，有时被接合部件损伤，或者危及作业人员安全。作为防止该摩擦搅拌接合用旋转工具损坏的对策，存在增大摩擦搅拌接合用旋转工具的轴径、增大应力集中部的曲率、将摩擦搅拌接合用旋转工具的材料高强度化等各种方案，但为了确认有无与上述变更相伴产生的不良情况，不仅需要大量的费用以及时间，而且有时对接合特性产生影响。另外，也存在将螺纹部等的形状简化，延长工具寿命的方法，但在此情况下难以实现优良的接合特性。因此，通过专利文献1，提出了一种摩擦搅拌接合用旋转工具，其抑制轴肩部和探头销的磨损或损坏，并且抑制接合部件的热影响。在该专利文献1所公开的摩擦搅拌接合用旋转工具中，与被接合部件接触的探头销以及轴肩部，由含有5 18重量％的Co的WC类超硬合金构成。使该摩擦搅拌接合用旋转工具高速旋转，将探头销向被接合部件的接合部中压入，并且使轴肩部的前端面接触，利用摩擦热使被接合部件塑性流动化，从而将被接合部件接合。专利文献1 日本特开2005_19拟81号公报
技术实现思路
但是，对于上述专利文献1的摩擦搅拌接合用旋转工具，由WC类超硬合金形成的探头销以及轴肩部耐磨损性优良，但另一方面，韧性较低，担心由于使用中的反复拉伸以及压缩负载而损坏。另外，具有由WC类超硬合金构成的探头销以及轴肩部的摩擦搅拌接合用旋转工具，其制造成本增加，担心使利用摩擦搅拌接合用旋转工具进行接合的制品的制造成本增加。另一方面，作为使钢材中的反复承受负载的部分的疲劳强度提高的方法，存在利用喷丸硬化处理施加压缩残留应力，或者提高表面部的硬度的方法。在该喷丸硬化处理中， 通过向钢材的作为标靶的表面喷射较小的钢球，使该处塑性变形，从而施加压缩残留应力。通过该喷丸硬化处理，可以向由比较廉价的热锻模具钢或耐热合金形成的摩擦搅拌接合用旋转工具的探头销施加压缩残留应力，也可以设想到获得廉价且耐久性优良的摩擦搅拌接合用旋转工具。但是，在喷丸硬化处理中，由于向其表面喷射较小的钢球等，因此其喷射范围较宽，探头销或轴肩部的前端面的表面由于喷射痕迹而变得粗糙，该喷射痕迹的凹凸成为疲劳起点，可能使疲劳特性下降。并且，在探头销或轴肩部的前端面、特别是在探头销的前端外周形成的螺纹部等，由于喷射痕迹而使表面形状精度下降。担心由于该表面形状精度下降而导致在被接合部件的接合时探头销以及轴肩部的前端面与被接合部件之间的摩擦搅拌阻力增大，且接合特性下降。另外，通过喷丸硬化处理施加的压缩残留应力极浅，难以确保充分改善疲劳特性所需的压缩残留应力。另外，无法通过喷丸硬化处理向微小区域高精度地喷射钢球，难以对要求表面形状精度且具有较小的探头销的摩擦搅拌接合用旋转工具实施喷丸硬化处理。另一方面，最近，作为向金属物体的表面附近施加压缩残留应力的方法，开发了一种脉冲激光喷丸硬化处理。脉冲激光喷丸硬化处理与喷丸硬化处理相比，可以高精度地控制脉冲激光束的照射斑，适于向微小区域选择性地施加压缩残留应力，且与施工处理相伴的表面形状变化较小，可以适用于要求表面形状精度的机械部件。另外，可以更深地施加压缩残留应力，通过对脉冲能量、光斑直径、脉冲照射次数等脉冲激光束的照射条件进行控制，可以调整压缩残留应力深度。因此，鉴于上述问题点而提出的本专利技术的目的在于，提供一种摩擦搅拌接合用旋转工具，其耐磨损性以及耐久性优良，能够得到优良的接合特性。用于实现上述目的的技术方案1所记载的摩擦搅拌接合用旋转工具的专利技术，使从进行旋转的轴肩部的前端面凸出且在前端侧外周上具有螺纹部的探头销，压入至被接合部件的接合部，沿该接合部使探头销移动，使接合部处的被接合部件进行摩擦搅拌接合，其特征在于，向所述探头销的外周面实施脉冲激光喷丸硬化处理。根据本专利技术，可以向接合时反复承受拉伸以及压缩负载应力的探头销的外周面， 针对微小区域选择性地施加压缩残留应力，表面形状变化较小，维持表面形状精度。另外， 通过利用脉冲激光喷丸硬化处理将压缩残留应力以及硬度上升导入至深处，从而可以抑制与摩擦搅拌接合相伴而反复被施加拉伸以及压缩应力的探头销的龟裂产生。由此，抑制压曲和损坏，大幅度地提高耐久性。技术方案2所述的专利技术的特征在于，在技术方案1的摩擦搅拌接合用旋转工具中， 向所述探头销的外周面的、从与轴肩部的前端面相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：足立隆史，武久浩之，佐野雄二，千田格，
申请(专利权)人：富士重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：