JP2000336465A - アルミニウム鋳物の部分強化方法 - Google Patents
アルミニウム鋳物の部分強化方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1275—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding involving metallurgical change
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 新たな鋳造欠陥を発生させず、疲労強度を向
上させることができるアルミニウム鋳物の部分強化方法
を提供する。 【解決手段】 アルミニウム鋳物の表面に、それよりも
硬い材質の工具を回転させながら摺接させた状態で移動
させることにより、発生する摩擦熱と圧力とによって該
摺接部の該鋳物の材料を塑性流動させる。
上させることができるアルミニウム鋳物の部分強化方法
を提供する。 【解決手段】 アルミニウム鋳物の表面に、それよりも
硬い材質の工具を回転させながら摺接させた状態で移動
させることにより、発生する摩擦熱と圧力とによって該
摺接部の該鋳物の材料を塑性流動させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム鋳物
の部分強化方法に関する。
の部分強化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アルミニウム鋳物（純アルミニウ
ム製およびアルミニウム合金製）の部分強化方法とし
て、特開平１−２０８４１５号公報に、高い疲労強度が
要求される部位の表面にＴＩＧアーク等の高密度エネル
ギービームを照射して急速溶融・急速凝固させる方法が
提案されている。この方法によれば、溶融により鋳物表
層のブローホール、ピンホール、引け巣等の鋳造欠陥が
低減し、また急速凝固により金属組織が微細化すること
で、疲労強度が向上する。
ム製およびアルミニウム合金製）の部分強化方法とし
て、特開平１−２０８４１５号公報に、高い疲労強度が
要求される部位の表面にＴＩＧアーク等の高密度エネル
ギービームを照射して急速溶融・急速凝固させる方法が
提案されている。この方法によれば、溶融により鋳物表
層のブローホール、ピンホール、引け巣等の鋳造欠陥が
低減し、また急速凝固により金属組織が微細化すること
で、疲労強度が向上する。
【０００３】しかし上記従来の方法は、急速溶融・急速
凝固の過程で新たに鋳造欠陥が発生することが避けられ
ないため、疲労強度向上に限界があった。
凝固の過程で新たに鋳造欠陥が発生することが避けられ
ないため、疲労強度向上に限界があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、新たな鋳造
欠陥を発生させず、疲労強度を向上させることができる
アルミニウム鋳物の部分強化方法を提供することを目的
とする。
欠陥を発生させず、疲労強度を向上させることができる
アルミニウム鋳物の部分強化方法を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、アルミニウム鋳物の表面に、そ
れよりも硬い材質の工具を回転させながら摺接させた状
態で移動させることにより、発生する摩擦熱と圧力とに
よって該摺接部の該鋳物の材料を塑性流動させることを
特徴とするアルミニウム鋳物の部分強化方法。
めに、本発明によれば、アルミニウム鋳物の表面に、そ
れよりも硬い材質の工具を回転させながら摺接させた状
態で移動させることにより、発生する摩擦熱と圧力とに
よって該摺接部の該鋳物の材料を塑性流動させることを
特徴とするアルミニウム鋳物の部分強化方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の方法によれば、従来の部
分強化方法ように溶融させず、摩擦攪拌接合（Friction
Stir Welding: FSW）と同様に、鋳物よりも硬い材質の
工具を鋳物表面で回転摺動させることにより、摩擦熱で
材料を融点未満の温度に昇温させて材料の流動応力を低
下させ、回転・摺接移動の圧力で材料を塑性流動させ
る。これにより材料は融点未満の高温下で攪拌混練さ
れ、摺接移動する工具の後方部分の材料は摩擦熱を失っ
て急速に冷却される。すなわち、鋳物は工具との摺接部
において局部的に強度の熱間加工を施されるので、鋳物
に存在していたブローホール、ピンホール、引け巣等の
空隙状の鋳造欠陥は圧着されて解消し、更に、熱間加工
後直ちに急冷されるので、熱間加工組織がそのまま凍結
されて室温にまで持ち来され、極めて微細な組織が得ら
れる。
分強化方法ように溶融させず、摩擦攪拌接合（Friction
Stir Welding: FSW）と同様に、鋳物よりも硬い材質の
工具を鋳物表面で回転摺動させることにより、摩擦熱で
材料を融点未満の温度に昇温させて材料の流動応力を低
下させ、回転・摺接移動の圧力で材料を塑性流動させ
る。これにより材料は融点未満の高温下で攪拌混練さ
れ、摺接移動する工具の後方部分の材料は摩擦熱を失っ
て急速に冷却される。すなわち、鋳物は工具との摺接部
において局部的に強度の熱間加工を施されるので、鋳物
に存在していたブローホール、ピンホール、引け巣等の
空隙状の鋳造欠陥は圧着されて解消し、更に、熱間加工
後直ちに急冷されるので、熱間加工組織がそのまま凍結
されて室温にまで持ち来され、極めて微細な組織が得ら
れる。
【０００７】上記の摩擦攪拌接合は、例えば特開平１０
−２０１１８９号公報や特開平１０−２３０３７３号公
報に開示されているように、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金の接合手段としてこれまでにも知られている。
しかし、摩擦攪拌接合と同様な操作を、接合ではなく部
分強化手段として用いることは、これまでに全く未知の
手法であり、本発明により初めて実現した。
−２０１１８９号公報や特開平１０−２３０３７３号公
報に開示されているように、アルミニウム又はアルミニ
ウム合金の接合手段としてこれまでにも知られている。
しかし、摩擦攪拌接合と同様な操作を、接合ではなく部
分強化手段として用いることは、これまでに全く未知の
手法であり、本発明により初めて実現した。
【０００８】このように、本発明の部分強化方法は全く
新規な方法であり、「摩擦攪拌強化法」とも名付けるべ
きものである。本発明の部分強化方法を行うための装置
としては、従来の摩擦攪拌接合装置を用いることができ
る。
新規な方法であり、「摩擦攪拌強化法」とも名付けるべ
きものである。本発明の部分強化方法を行うための装置
としては、従来の摩擦攪拌接合装置を用いることができ
る。
【０００９】
【実施例】図１に、従来の摩擦攪拌接合装置を用いて本
発明の部分強化方法を実行している状態の一例を示す。
アルミニウムまたはアルミニウム合金の鋳物１０の表面
に、鋳物１０よりも硬い材料の工具１２を矢印Ｒの向き
に回転させながら摺接させた状態で、矢印Ｓの方向に移
動させる。鋳物１０の材料は、工具１２との摺接部すな
わち工具前端１４から工具後端１６までの領域におい
て、工具１２との摩擦で発生した熱により昇温し、室温
時に比べて塑性流動応力が低下し、工具１２の回転Ｒと
摺接移動Ｓによる圧力で塑性流動し、強度の熱間加工を
受ける。工具１２の移動方向Ｓに対して工具後端１６の
後方の領域１８では、工具１２による摩擦発熱状態が解
消しており、鋳物１０の本体による抜熱により急速に鋳
物材料が冷却する。これにより、塑性流動の生じた深さ
まで微細な熱間加工組織から成る強化領域２０が形成さ
れる。
発明の部分強化方法を実行している状態の一例を示す。
アルミニウムまたはアルミニウム合金の鋳物１０の表面
に、鋳物１０よりも硬い材料の工具１２を矢印Ｒの向き
に回転させながら摺接させた状態で、矢印Ｓの方向に移
動させる。鋳物１０の材料は、工具１２との摺接部すな
わち工具前端１４から工具後端１６までの領域におい
て、工具１２との摩擦で発生した熱により昇温し、室温
時に比べて塑性流動応力が低下し、工具１２の回転Ｒと
摺接移動Ｓによる圧力で塑性流動し、強度の熱間加工を
受ける。工具１２の移動方向Ｓに対して工具後端１６の
後方の領域１８では、工具１２による摩擦発熱状態が解
消しており、鋳物１０の本体による抜熱により急速に鋳
物材料が冷却する。これにより、塑性流動の生じた深さ
まで微細な熱間加工組織から成る強化領域２０が形成さ
れる。
【００１０】図１には、本発明による部分強化方法の基
本的な態様として、鋳物の一面から強化領域を形成する
場合を示したが、鋳物の厚さによっては鋳物の両面から
強化領域を形成し、厚さ全体に渡って強化することもで
きる。そのような一例を図２に示す。図２（１）は本発
明の方法によりＡＣ４Ｃアルミニウム合金鋳物の両面か
ら強化領域を形成した場合の金属組織写真を示す。空隙
状の欠陥は全く認められず、極めて微細な熱間加工組織
が形成されていることが分かる。
本的な態様として、鋳物の一面から強化領域を形成する
場合を示したが、鋳物の厚さによっては鋳物の両面から
強化領域を形成し、厚さ全体に渡って強化することもで
きる。そのような一例を図２に示す。図２（１）は本発
明の方法によりＡＣ４Ｃアルミニウム合金鋳物の両面か
ら強化領域を形成した場合の金属組織写真を示す。空隙
状の欠陥は全く認められず、極めて微細な熱間加工組織
が形成されていることが分かる。
【００１１】図２（２）は比較のために同様のＡＣ４Ｃ
アルミニウム合金鋳物に従来のＴＩＧアーク照射による
急速溶融・急速凝固を行った場合の金属組織写真を示
す。再溶融部の母材寄り縁部に空隙状の鋳造欠陥が認め
られる。アルミニウム合金鋳物としては、ＡＣ２Ｃ、Ａ
Ｃ４Ｃ等が代表的であるが、本発明の方法は特にこれら
に限定する必要はなく、種々のアルミニウム合金鋳物お
よび純アルミニウム鋳物に対しても適用できる。
アルミニウム合金鋳物に従来のＴＩＧアーク照射による
急速溶融・急速凝固を行った場合の金属組織写真を示
す。再溶融部の母材寄り縁部に空隙状の鋳造欠陥が認め
られる。アルミニウム合金鋳物としては、ＡＣ２Ｃ、Ａ
Ｃ４Ｃ等が代表的であるが、本発明の方法は特にこれら
に限定する必要はなく、種々のアルミニウム合金鋳物お
よび純アルミニウム鋳物に対しても適用できる。
【００１２】同様の鋳物について、従来のＴＩＧアーク
照射による急速溶融・急速冷却と、本発明による部分強
化方法とを行って鋳造欠陥の発生量を測定した。その結
果、従来法では、再溶融部の断面の面積率で１０〜３０
％に相当する鋳造欠陥（空隙）が発生していたのに対
し、本発明法では２％以下にまで減少できた。また、上
記の各鋳物について、疲労強度の測定を行った結果、本
発明を適用することにより、従来のＴＩＧ法に比べて２
０〜５０％の向上が認められた。
照射による急速溶融・急速冷却と、本発明による部分強
化方法とを行って鋳造欠陥の発生量を測定した。その結
果、従来法では、再溶融部の断面の面積率で１０〜３０
％に相当する鋳造欠陥（空隙）が発生していたのに対
し、本発明法では２％以下にまで減少できた。また、上
記の各鋳物について、疲労強度の測定を行った結果、本
発明を適用することにより、従来のＴＩＧ法に比べて２
０〜５０％の向上が認められた。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
新たな鋳造欠陥を発生させず、疲労強度を向上させるこ
とができるアルミニウム鋳物の部分強化方法が提供され
る。
新たな鋳造欠陥を発生させず、疲労強度を向上させるこ
とができるアルミニウム鋳物の部分強化方法が提供され
る。
【図１】図１は、従来の摩擦攪拌接合装置を用いて本発
明の部分強化方法を実行している状態の一例を示す斜視
図である。
明の部分強化方法を実行している状態の一例を示す斜視
図である。
【図２】図２は、（１）本発明の方法によりＡＣ４Ｃア
ルミニウム合金鋳物の両面から強化領域を形成した場合
の金属組織写真、および（２）比較のために同様のＡＣ
４Ｃアルミニウム合金鋳物に従来のＴＩＧアーク照射に
よる急速溶融・急速凝固を行った場合の金属組織写真で
ある。
ルミニウム合金鋳物の両面から強化領域を形成した場合
の金属組織写真、および（２）比較のために同様のＡＣ
４Ｃアルミニウム合金鋳物に従来のＴＩＧアーク照射に
よる急速溶融・急速凝固を行った場合の金属組織写真で
ある。
１０…アルミニウムまたはアルミニウム合金の鋳物 １２…工具 １４…工具前端 １６…工具後端 １８…工具後端１６の後方の領域 ２０…微細な熱間加工組織から成る強化領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 103:10
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミニウム鋳物の表面に、それよりも
硬い材質の工具を回転させながら摺接させた状態で移動
させることにより、発生する摩擦熱と圧力とによって該
摺接部の該鋳物の材料を塑性流動させることを特徴とす
るアルミニウム鋳物の部分強化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14526499A JP2000336465A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | アルミニウム鋳物の部分強化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14526499A JP2000336465A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | アルミニウム鋳物の部分強化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000336465A true JP2000336465A (ja) | 2000-12-05 |
Family
ID=15381120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14526499A Pending JP2000336465A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | アルミニウム鋳物の部分強化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000336465A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001047655A1 (fr) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Mazda Motor Corporation | Procede de traitement de surface et element de traitement prevu a cet effet |
| WO2002024382A1 (fr) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Procede de suppression de cavites fines de la surface d'une piece coulee et outil de brassage utilise a cet effet |
| GB2377946A (en) * | 2001-07-24 | 2003-01-29 | Federal Mogul Technology Ltd | Modifying the microstructure of piston blanks |
| GB2377947A (en) * | 2001-07-24 | 2003-01-29 | Federal Mogul Technology Ltd | Modifying the microstructure of piston blanks |
| JP2005059101A (ja) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Boeing Co:The | 摩擦攪拌形成工具で所望の非平面の構成に形成する方法、ならびに工作物を所望の非平面の構成に形成するための方法および装置 |
| GB2406536A (en) * | 2003-10-01 | 2005-04-06 | Korea Mach & Materials Inst | Friction sheet welding method |
| JP2007070672A (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Furukawa Sky Kk | 疲労特性に優れたアルミニウム合金厚板の製造方法 |
| CN116043003A (zh) * | 2023-01-31 | 2023-05-02 | 天津大学 | 一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法 |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP14526499A patent/JP2000336465A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001047655A1 (fr) * | 1999-12-27 | 2001-07-05 | Mazda Motor Corporation | Procede de traitement de surface et element de traitement prevu a cet effet |
| US6634199B2 (en) | 1999-12-27 | 2003-10-21 | Mazda Motor Corporation | Surface treating method, and treating member therefor |
| WO2002024382A1 (fr) * | 2000-09-21 | 2002-03-28 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Procede de suppression de cavites fines de la surface d'une piece coulee et outil de brassage utilise a cet effet |
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| KR101148379B1 (ko) * | 2003-08-12 | 2012-05-23 | 더 보잉 컴파니 | 교반성형장치 및 그 방법 |
| JP2005059101A (ja) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Boeing Co:The | 摩擦攪拌形成工具で所望の非平面の構成に形成する方法、ならびに工作物を所望の非平面の構成に形成するための方法および装置 |
| JP2013010142A (ja) * | 2003-08-12 | 2013-01-17 | Boeing Co:The | 摩擦攪拌形成工具で所望の非平面の構成に形成する方法、ならびに工作物を所望の非平面の構成に形成するための方法および装置 |
| GB2406536A (en) * | 2003-10-01 | 2005-04-06 | Korea Mach & Materials Inst | Friction sheet welding method |
| GB2406536B (en) * | 2003-10-01 | 2007-05-30 | Korea Mach & Materials Inst | Improvement in probe friction sheet welding method |
| JP2007070672A (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Furukawa Sky Kk | 疲労特性に優れたアルミニウム合金厚板の製造方法 |
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| CN116043003B (zh) * | 2023-01-31 | 2024-04-09 | 天津大学 | 一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法 |
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