CN101631640A - 摩擦焊接方法和摩擦焊接件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于生产金属接合件的摩擦焊接方法，其中，利用摩擦压力使带有接触面的两个连接件达成接触，并且，使连接件中的一个相对于另一连接件运动，并且，在摩擦时间后，将相对运动制动，并且，在顶锻时间期间以比摩擦压力高的顶锻压力将连接件彼此压紧，其中，连接件中的至少一个由球墨铸铁(＝GJS)所形成。

Description

摩擦焊接方法和摩擦焊接件
本发明涉及一种用于生产摩擦焊接件的摩擦焊接方法，其中，利用摩擦压力使带有接触面的两个连接件(Verbindungsteil)达成接触，并且，使连接件中的一个相对于另一连接件运动，并且，在摩擦时间(Reibzeit)之后将该相对运动制动，并且，利用顶锻压力(该顶锻压力比摩擦压力高)使连接件彼此按压，并且，连接件中的至少一个由球墨铸铁(＝GJS)所形成。
在机动车制造业中，旋转对称的零件，即，管状的或筒状的零件(例如轴，轴颈或者其它传动件)通过摩擦焊接而接合。在此，使待接合的零件彼此压按并使其彼此作相对运动。通过在此所产生的摩擦热，金属变成塑性的直至成熔融的。在球墨铸铁的摩擦焊接中，在连接区域中金属组织可能改变。一方面，石墨体(Graphitkoerper)起润滑剂的作用并由此产生过少的摩擦热，另一方面，组织在连接区域中发生改变，以使得被接合的零件的机械特性发生改变。
从文件EP 273204 B1已知了一种这种类型的用于摩擦焊接的方法。在该方法中，借助于摩擦焊接而建立钢制零件与由球墨铸铁制成的另一零件的连接。所使用的铸铁具有带有每平方毫米280至300个铁素体晶粒的铁素体组织。在该连接方法中应当防止在连接区域中过多的碳从铸铁扩散到钢中，并且，一方面应防止带有提高的碳含量的熔液从顶锻区域被挤出，但是另一方面，应防止铸铁中的球墨体被压平成薄片(zu Lamellen plattieren)。这通过将摩擦时间设定为约40s、通过将顶锻压力设定为约86bar、并通过在镁转化炉中将铸铁进行预处理来实现。
从该技术现状出发，本发明的目的在于，提供一种摩擦焊接方法，该摩擦焊接方法可尽可能可再现且成本低廉地在批量生产中被应用。还提供一种摩擦焊接件，在该摩擦焊接件中，连接区域中的抗拉强度值有所提高。导致较差的质量的组织变化应被避免。费时的热处理(为了调制更好的组织)在铸铁-铸铁连接中应可被省去。
该目的通过这样一种用于生产金属接合件(Metallfuegeteil)的摩擦焊接方法来实现，其中，利用摩擦压力使两个连接件以接触面达成接触，并且，使连接件中的一个相对于另一连接件运动，并且，在摩擦时间之后，将该相对运动制动，并且，在顶锻时间期间利用比该摩擦压力更高的顶锻压力而使这些连接件彼此按压，并且，连接件中的至少一个由球墨铸铁(＝GJS)所形成，并且，在连接区域中，球墨铸铁中的球粒(Sphaerolithen)的至多20％发生变形，并且，球墨铸铁中的组织30％至90％以珠光体的形式而形成(perlitisch ausgebildet)。
本发明的优选的改进方案由从属权利要求给出。
有利的是，带有近共晶(nah-eutektischen)成分的铸铁合金也可被接合。这通过如下做法而实现，即，连接件中的至少一个由带有这样的成分的球墨铸铁所形成，即，该成分含3.0％重量至3.9％重量的C和2.0％重量至3.2％重量的Si，并且其中，该组织的30％到90％为珠光体。这同样通过如下做法而实现，即，两个连接件均由球墨铸铁(＝GJS)所形成。
实例
带有为70mm至71mm的外径和为10mm至11mm的壁厚的两个管状试样在已知的摩擦焊接设备上被彼此连接并随后被检测强度。摩擦时间为10至20秒，摩擦时的压力为25至45MPa，且顶锻时的压力为100至220MPa(视使用的材料副而定)。在该摩擦焊接过程后，该连接缩短了3至6mm。该缩短随摩擦时间而增加。连接区域中的抗拉强度与使用的试样的抗拉强度一样高或比使用的试样的抗拉强度更高。当带有不同成分和不同强度的两个试样被焊接到一起时，焊接后连接区域中的抗拉强度与较弱的试样的抗拉强度相同或比该较弱的试样的抗拉强度更大。在所有的连接中，断裂点不在焊接连接本身中，而是在基质材料中。作为基质材料，所使用的有：S355(＝St52)，S420，GJS500，GJS600，SiboDur 450和/或SiboDur 700。在此，数字代表基质材料的抗拉强度，以MPa为单位。在此，SiboDur代表这样的球墨铸铁合金，其带有含3.0％重量至3.6％重量的C和2.6％重量至3.2％重量的Si的成分并带有30％至90％的珠光体组织。在焊接技术方面该连接被评定为是适宜的。
图1表明，依赖于球粒的变形率(Deformationsgrad)可达到最优的断裂伸长值。在铸铁中的球状的石墨颗粒(＝球粒)在摩擦焊接时变形成椭圆体或至少部分地被压扁。变形率作为被检验截面处的变形的石墨颗粒的百分比而被测量。在根据前述方法所生产出的摩擦焊接件中观察到，当球粒至多20％变形时，达到最优的强度值。
图2示意性地示出了由两个连接件组成的摩擦焊接件，连接件由带有已变形和未变形的球墨颗粒的GJS制成。在连接区域中，这些球墨颗粒变形了至多20％、优选地至多10％，即，形状至多20％不同于球形。在连接区域中越多球墨颗粒变形成薄板(Plaettchen)，连接区域中的强度值就变得越差。
实验表明，可利用由球墨铸铁合金制成的试件实现高强度的摩擦焊接连接。焊接时间明显低于30秒。该焊接连接自身仅达熔融(Schmelzfluss)且可以几乎无飞溅的方式被生产出。在接缝区域中，支撑横截面中的组织并不会不利地发生改变。
该摩擦焊接方法可在车辆制造或机械制造中被应用于金属接合件，例如转轴，轴或管或者其它传动件，例如轮毂，轴颈等。横梁或工具制造中的其它零件也可在该摩擦焊接方法中被生产出。

Claims (10)

1.一种用于生产金属接合件的摩擦焊接方法，其中，利用摩擦压力使带有接触面的两个连接件达成接触，并且，使所述连接件中的一个相对于另一连接件运动，并且，在摩擦时间之后，将该相对运动制动，并且，在顶锻时间期间利用比所述摩擦压力高的顶锻压力使所述连接件彼此按压，并且，所述连接件中的至少一个由球墨铸铁(＝GJS)所形成，其特征在于，在该连接区域中，所述球墨铸铁中的球粒的至多20％变形，并且，所述球墨铸铁中的组织30％至90％以珠光体的形式而形成。
2.根据权利要求1所述的摩擦焊接方法，其特征在于，所述连接件中的至少一个由带有含3.0％重量到3.6％重量的C和2.6％重量到3.2％重量的Si的近共晶成分并带有30％到90％以珠光体的形式而形成的组织的球墨铸铁所形成。
3.根据权利要求1所述的摩擦焊接方法，其特征在于，所述连接件中的至少一个由带有为355MPa的最低屈服点的钢所形成。
4.根据权利要求1所述的摩擦焊接方法，其特征在于，两个连接件均由球墨铸铁(＝GJS)所形成。
5.根据权利要求1至4中至少一项所述的摩擦焊接方法，其特征在于，在所述顶锻时间期间以及在所述顶锻时间之后借助于感应加热将所述金属接合件的温度保持在750℃之上。
6.根据权利要求1至5中至少一项所述的摩擦焊接方法，其特征在于，在所述顶锻时间期间以及在所述顶锻时间之后将所述金属接合件的温度保持在750℃之上共约12秒至120秒。
7.根据权利要求1至6中至少一项所述的摩擦焊接方法，其特征在于，所述连接件的相对运动是旋转运动。
8.根据权利要求1至7中至少一项所述的摩擦焊接方法，其特征在于，至少所述连接件的接触面构造成旋转对称的。
9.一种根据权利要求1至8中至少一项所述的摩擦焊接件，其特征在于，所述金属接合件构造成管，转轴，轴，轮毂或者轴颈。
10.根据权利要求9所述的摩擦焊接件，其特征在于，所述金属接合件构造成汽车制造，工具制造或者机械制造中的部件。
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