JP2001287049A - 球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法 - Google Patents
球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接合部に発生したバリの除去作業が容易でか
つ接合部の強度も従来に較べて高くすることのできる球
状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法を提供する。 【解決手段】 鋼鉄製接合部材１１又は球状黒鉛鋳鉄製
接合部材の端面部１１ａを、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１
０の端面部１０ａに軸方向から突き合わせて摩擦圧力を
加えかつ回転させることに基づく摩擦発熱によって、鋼
鉄製接合部材１１又は鋳鉄製接合部材の端面部１１ａ
を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０の端面部１０ａに摩擦
圧接する球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法であ
り、端面部１０ａ、１１ａの摩擦発熱温度が固相線（約
１１５０度Ｃ〜１１６０度Ｃ）以上でかつ完全液相状態
となる温度以下の固液共存状態温度で、端面部同士を摩
擦圧接する。
つ接合部の強度も従来に較べて高くすることのできる球
状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法を提供する。 【解決手段】 鋼鉄製接合部材１１又は球状黒鉛鋳鉄製
接合部材の端面部１１ａを、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１
０の端面部１０ａに軸方向から突き合わせて摩擦圧力を
加えかつ回転させることに基づく摩擦発熱によって、鋼
鉄製接合部材１１又は鋳鉄製接合部材の端面部１１ａ
を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０の端面部１０ａに摩擦
圧接する球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法であ
り、端面部１０ａ、１１ａの摩擦発熱温度が固相線（約
１１５０度Ｃ〜１１６０度Ｃ）以上でかつ完全液相状態
となる温度以下の固液共存状態温度で、端面部同士を摩
擦圧接する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、球状黒鉛鋳鉄製接
合部材の摩擦圧接方法の改良に関する。
合部材の摩擦圧接方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩
擦圧接方法として、鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接合部材
の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に軸方向
から突き合わせて摩擦圧力を加えかつ回転させることに
基づく摩擦発熱によって、鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接
合部材の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に
摩擦圧接するものが知られている。
擦圧接方法として、鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接合部材
の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に軸方向
から突き合わせて摩擦圧力を加えかつ回転させることに
基づく摩擦発熱によって、鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接
合部材の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に
摩擦圧接するものが知られている。
【０００３】例えば、特開平９−１２６２２０号公報に
は、球状黒鉛鋳鉄製接合部材と鋼系製接合部材（鋼鉄製
接合部材又は鋳鉄製接合部材）とを通常の摩擦圧接で接
合すると、球状黒鉛鋳鉄製接合部材に含まれている黒鉛
が、アップセット圧力（両接合部材の回転の急停止時に
両接合部材の突き合わせ推力を両接合部材の端面部の面
積で除した物理量）により圧縮されて扁平化され、接合
部としての端面部同士に潤滑層が形成され、摩擦圧接法
の本来の利点である集中的な摩擦と発熱とが阻害される
ことにより、組織上、及び強度上良好な結果が得られな
いことが開示されている。
は、球状黒鉛鋳鉄製接合部材と鋼系製接合部材（鋼鉄製
接合部材又は鋳鉄製接合部材）とを通常の摩擦圧接で接
合すると、球状黒鉛鋳鉄製接合部材に含まれている黒鉛
が、アップセット圧力（両接合部材の回転の急停止時に
両接合部材の突き合わせ推力を両接合部材の端面部の面
積で除した物理量）により圧縮されて扁平化され、接合
部としての端面部同士に潤滑層が形成され、摩擦圧接法
の本来の利点である集中的な摩擦と発熱とが阻害される
ことにより、組織上、及び強度上良好な結果が得られな
いことが開示されている。
【０００４】この特開平９−１２６２２０号公報では、
そこで、アップセット圧力を鋼系製接合部材の端面部同
士を接合するときのアップセット圧力よりも高目としか
つアップセット時間を鋼系製接合部材の端面部同士を接
合するときのアップセット時間に較べて短めに設定し、
球状黒鉛鋳鉄製接合部材と鋼系製接合部材との端面部同
士の摩擦熱により再溶解した溶融層を外部に押し出し
て、接合部を固相接合に近い状態で摩擦接合することに
より、摩擦圧接された接合部にチル（炭化物）が存在せ
ずかつ接合も良好な摩擦圧接方法を提案している。
そこで、アップセット圧力を鋼系製接合部材の端面部同
士を接合するときのアップセット圧力よりも高目としか
つアップセット時間を鋼系製接合部材の端面部同士を接
合するときのアップセット時間に較べて短めに設定し、
球状黒鉛鋳鉄製接合部材と鋼系製接合部材との端面部同
士の摩擦熱により再溶解した溶融層を外部に押し出し
て、接合部を固相接合に近い状態で摩擦接合することに
より、摩擦圧接された接合部にチル（炭化物）が存在せ
ずかつ接合も良好な摩擦圧接方法を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】なるほど、この特開平
９−１２６２２０号公報に開示のものでは、図１に示す
ように、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１の端面部１ａと鋼系
製接合部材２の端面部２ａとを接合するに際し、そのア
ップセット圧力Ｐを鋼系製接合部材の端面部同士を接合
するときのアップセット圧力よりも高目としかつアップ
セット時間を鋼系製接合部材の端面部同士を接合すると
きのアップセット時間に較べて短めに設定すると、球状
黒鉛鋳鉄製接合部材１と鋼系製接合部材２との摩擦熱に
より再溶解した溶融層が外部に押し出され、接合部３に
チル３ａがほとんど存在しない固相接合に近い状態を作
ることができる。
９−１２６２２０号公報に開示のものでは、図１に示す
ように、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１の端面部１ａと鋼系
製接合部材２の端面部２ａとを接合するに際し、そのア
ップセット圧力Ｐを鋼系製接合部材の端面部同士を接合
するときのアップセット圧力よりも高目としかつアップ
セット時間を鋼系製接合部材の端面部同士を接合すると
きのアップセット時間に較べて短めに設定すると、球状
黒鉛鋳鉄製接合部材１と鋼系製接合部材２との摩擦熱に
より再溶解した溶融層が外部に押し出され、接合部３に
チル３ａがほとんど存在しない固相接合に近い状態を作
ることができる。
【０００６】しかしながら、この特開平９−１２６２２
０号公報に開示のものでは、溶融層が接合部３から外部
に押し出されるので、極めて大きなバリ４が接合部３の
外周に形成され、このバリ４が硬くて切除するのが困難
であるため、この特開平９−１２６２２０号公報に開示
のものでは、バリ除去作業に手間がかかるという問題が
ある。
０号公報に開示のものでは、溶融層が接合部３から外部
に押し出されるので、極めて大きなバリ４が接合部３の
外周に形成され、このバリ４が硬くて切除するのが困難
であるため、この特開平９−１２６２２０号公報に開示
のものでは、バリ除去作業に手間がかかるという問題が
ある。
【０００７】一方、このバリ４の発生を抑制するため
に、特開平９−１２６２２０号公報に開示の摩擦圧接方
法に較べて、摩擦発熱温度を低く設定しかつアップセッ
ト圧力Ｐを小さく設定すると、バリ４の除去作業はその
量が少ないので容易であるが、図２に示すように、接合
部３にチル３ａが発生して、接合部３の強度が脆くな
り、接合不良となる。そのチル３ａの発生量は、面積率
にして１０数％以上である。
に、特開平９−１２６２２０号公報に開示の摩擦圧接方
法に較べて、摩擦発熱温度を低く設定しかつアップセッ
ト圧力Ｐを小さく設定すると、バリ４の除去作業はその
量が少ないので容易であるが、図２に示すように、接合
部３にチル３ａが発生して、接合部３の強度が脆くな
り、接合不良となる。そのチル３ａの発生量は、面積率
にして１０数％以上である。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところは、接合部に発生したバリ
の除去作業が容易でかつ接合部の強度も従来に較べて高
くすることのできる球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接
方法を提供する。
ので、その目的とするところは、接合部に発生したバリ
の除去作業が容易でかつ接合部の強度も従来に較べて高
くすることのできる球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接
方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、鋼鉄製接合部材又は球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面
部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に軸方向から突
き合わせて摩擦圧力を加えかつ回転させることに基づく
摩擦発熱によって、鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接合部材
の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に摩擦圧
接する球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法におい
て、前記端面部の摩擦発熱温度が固相線（約１１５０度
Ｃ〜１１６０度Ｃ）以上でかつ完全液相状態となる温度
以下の固液共存状態温度で、前記端面部同士を摩擦圧接
することを特徴とする。
は、鋼鉄製接合部材又は球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面
部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に軸方向から突
き合わせて摩擦圧力を加えかつ回転させることに基づく
摩擦発熱によって、鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接合部材
の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に摩擦圧
接する球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法におい
て、前記端面部の摩擦発熱温度が固相線（約１１５０度
Ｃ〜１１６０度Ｃ）以上でかつ完全液相状態となる温度
以下の固液共存状態温度で、前記端面部同士を摩擦圧接
することを特徴とする。
【００１０】請求項１に記載の発明によれば、球状黒鉛
鋳鉄製接合部材の端面部と鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接
合部材の端面部とを固液共存領域で摩擦圧接接合するも
のであるから、端面部同士の接合部が完全に溶融状態と
なることを防止でき、従って、アップセット圧力を加え
たときに、接合部から外部に押し出される溶融部の量を
従来に較べて低減できることになって、接合部のバリの
発生が抑制される。
鋳鉄製接合部材の端面部と鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接
合部材の端面部とを固液共存領域で摩擦圧接接合するも
のであるから、端面部同士の接合部が完全に溶融状態と
なることを防止でき、従って、アップセット圧力を加え
たときに、接合部から外部に押し出される溶融部の量を
従来に較べて低減できることになって、接合部のバリの
発生が抑制される。
【００１１】また、固相と液層とが共存した状態で摩擦
圧接するので、接合部に生じるチルの量も低減でき、か
つ、球状黒鉛の円形度の低下も抑制できる。
圧接するので、接合部に生じるチルの量も低減でき、か
つ、球状黒鉛の円形度の低下も抑制できる。
【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法において、前
記端面部の摩擦発熱温度が固相線（約１１５０度Ｃ〜１
１６０度Ｃ）以上でかつ完全液相状態となる温度以下の
固液共存状態温度で、前記端面部同士を摩擦圧接するた
めに、該端面部同士を第１摩擦圧力でかつ第１摩擦時間
の間摩擦発熱させる第１摩擦発熱段階と、前記端面部同
士を前記第１摩擦圧力よりも高い第２摩擦圧力でかつ第
１摩擦時間よりも短い第２摩擦時間の間摩擦発熱させる
第２摩擦発熱段階とからなることを特徴とする。
の球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法において、前
記端面部の摩擦発熱温度が固相線（約１１５０度Ｃ〜１
１６０度Ｃ）以上でかつ完全液相状態となる温度以下の
固液共存状態温度で、前記端面部同士を摩擦圧接するた
めに、該端面部同士を第１摩擦圧力でかつ第１摩擦時間
の間摩擦発熱させる第１摩擦発熱段階と、前記端面部同
士を前記第１摩擦圧力よりも高い第２摩擦圧力でかつ第
１摩擦時間よりも短い第２摩擦時間の間摩擦発熱させる
第２摩擦発熱段階とからなることを特徴とする。
【００１３】請求項２に記載の発明によれば、球状黒鉛
鋳鉄製接合部材の端面部を、第１摩擦圧力でかつ第１摩
擦時間の間摩擦発熱させることにより、その摩擦発熱温
度を球状黒鉛鋳鉄の溶融開始温度近くまで昇温させ、次
いで、その端面部同士を第２摩擦圧力で第２摩擦時間の
間摩擦発熱させるものであるから接合部の発熱温度を、
固液共存状態での摩擦発熱温度に容易に近づけることが
できる。
鋳鉄製接合部材の端面部を、第１摩擦圧力でかつ第１摩
擦時間の間摩擦発熱させることにより、その摩擦発熱温
度を球状黒鉛鋳鉄の溶融開始温度近くまで昇温させ、次
いで、その端面部同士を第２摩擦圧力で第２摩擦時間の
間摩擦発熱させるものであるから接合部の発熱温度を、
固液共存状態での摩擦発熱温度に容易に近づけることが
できる。
【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法において、前
記接合部のチルの含有量が面積率で表現して１０％以下
であることを特徴とする。
の球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法において、前
記接合部のチルの含有量が面積率で表現して１０％以下
であることを特徴とする。
【００１５】請求項３に記載の発明によれば、接合部の
引っ張り強さ、引っ張り強度をチルを完全に消失させた
場合に較べて向上させることができる。
引っ張り強さ、引っ張り強度をチルを完全に消失させた
場合に較べて向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照しつつ説明する。
面を参照しつつ説明する。
【００１７】図３は本発明に係わる球状黒鉛鋳鉄製接合
部材（ＦＣＤ３７０）１０と鋼鉄製接合部材１１との摩
擦圧接方法を説明するための説明図である。ここでは、
球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０と鋼鉄製接合部材１１とに
はパイプ体を用いる。ここでは、このパイプ体の内径は
２０ｍｍ、外径は５０ｍｍである。
部材（ＦＣＤ３７０）１０と鋼鉄製接合部材１１との摩
擦圧接方法を説明するための説明図である。ここでは、
球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０と鋼鉄製接合部材１１とに
はパイプ体を用いる。ここでは、このパイプ体の内径は
２０ｍｍ、外径は５０ｍｍである。
【００１８】この球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０と鋼鉄製
接合部材１１とを公知の摩擦圧接機に装着し、その端面
部１０ａと端面部１１ａとを軸方向から突き合わせる。
その初期加圧力は図４に示すようにＰ０とする。
接合部材１１とを公知の摩擦圧接機に装着し、その端面
部１０ａと端面部１１ａとを軸方向から突き合わせる。
その初期加圧力は図４に示すようにＰ０とする。
【００１９】同時に、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０と鋼
鉄製接合部材１１とのいずれか一方を回転させる。回転
数Ｎが一定に達するまでの間、初期加圧力Ｐ０を維持す
る。
鉄製接合部材１１とのいずれか一方を回転させる。回転
数Ｎが一定に達するまでの間、初期加圧力Ｐ０を維持す
る。
【００２０】次いで、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０の端
面部１０ａと鋼鉄製接合部材１１の端面部１１ａとを第
１摩擦圧力Ｐ１に設定する。この第１摩擦圧力Ｐ１は例
えば２０ＭＰａ（メガパスカル）である。この第１摩擦
圧力Ｐ１で端面部同士を第１摩擦時間ｔ１だけ摩擦す
る。この第１摩擦時間ｔ１は例えば６〜１０秒であり、
その際の回転数Ｎは例えば１５００回転／分（ｒｐｍ）
である。この回転数Ｎを球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０の
平均周速に換算すると、約３〜４ｍ／ｓである。
面部１０ａと鋼鉄製接合部材１１の端面部１１ａとを第
１摩擦圧力Ｐ１に設定する。この第１摩擦圧力Ｐ１は例
えば２０ＭＰａ（メガパスカル）である。この第１摩擦
圧力Ｐ１で端面部同士を第１摩擦時間ｔ１だけ摩擦す
る。この第１摩擦時間ｔ１は例えば６〜１０秒であり、
その際の回転数Ｎは例えば１５００回転／分（ｒｐｍ）
である。この回転数Ｎを球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０の
平均周速に換算すると、約３〜４ｍ／ｓである。
【００２１】この球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０の端面部
１０ａと鋼鉄製接合部材１１の端面部１１ａとを第１摩
擦圧力Ｐ１でかつ第１摩擦圧接時間の間摩擦圧接するこ
とにより、端面部１０ａ、１１ａの接合部１２が球状黒
鉛鋳鉄の溶融開始温度近くまで昇温される。
１０ａと鋼鉄製接合部材１１の端面部１１ａとを第１摩
擦圧力Ｐ１でかつ第１摩擦圧接時間の間摩擦圧接するこ
とにより、端面部１０ａ、１１ａの接合部１２が球状黒
鉛鋳鉄の溶融開始温度近くまで昇温される。
【００２２】次いで、端面部１０ａ、１１ａを第１摩擦
圧力Ｐ１よりも高い第２摩擦圧力Ｐ２でかつ第１摩擦時
間ｔ１よりも短い第２摩擦時間ｔ２の間摩擦発熱させ
る。その第２摩擦圧力Ｐ２は例えば６０ＭＰａ（メガパ
スカル）であり、第２摩擦時間ｔ２はたとえば１秒ない
し６秒であり、その回転数の平均周速も３ないし４ｍ／
ｓである。
圧力Ｐ１よりも高い第２摩擦圧力Ｐ２でかつ第１摩擦時
間ｔ１よりも短い第２摩擦時間ｔ２の間摩擦発熱させ
る。その第２摩擦圧力Ｐ２は例えば６０ＭＰａ（メガパ
スカル）であり、第２摩擦時間ｔ２はたとえば１秒ない
し６秒であり、その回転数の平均周速も３ないし４ｍ／
ｓである。
【００２３】これにより、端面部１０ａ、１１ａの接合
部１２を、摩擦発熱温度が１１５０度Ｃ以上でかつ液相
状態となる温度以下の固液共存状態温度に維持される。
部１２を、摩擦発熱温度が１１５０度Ｃ以上でかつ液相
状態となる温度以下の固液共存状態温度に維持される。
【００２４】次いで、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０を回
転減速させると同時に、アップセット圧力Ｐ３を１２５
Ｍｐａ（メガパスカル）に設定して、このアップセット
圧力Ｐ３を軸方向から端面部１０ａ、１１ａの接合部に
加える。このアップセット時間ｔ３は例えば８秒であ
る。
転減速させると同時に、アップセット圧力Ｐ３を１２５
Ｍｐａ（メガパスカル）に設定して、このアップセット
圧力Ｐ３を軸方向から端面部１０ａ、１１ａの接合部に
加える。このアップセット時間ｔ３は例えば８秒であ
る。
【００２５】端面部１０ａと端面部１１ａとの接合部１
２は、その摩擦発熱温度が１１５０度Ｃ以上でかつ液相
状態となる温度以下の固液共存状態温度（溶融状態から
温度を下降させたときに初晶が生じ始める温度）以下、
すなわち、固相と液層とが共存した状態で摩擦圧接する
ので、接合部１２に生じるチルの量を低減できる。ま
た、接合部１２にアップセット圧力Ｐ３を加えたとして
も、接合部１２が液相ではなく、固相に近い状態で加圧
されることになるので、球状黒鉛の扁平化が抑制され
る。すなわち、球状黒鉛の円形度の低下も抑制できる。
２は、その摩擦発熱温度が１１５０度Ｃ以上でかつ液相
状態となる温度以下の固液共存状態温度（溶融状態から
温度を下降させたときに初晶が生じ始める温度）以下、
すなわち、固相と液層とが共存した状態で摩擦圧接する
ので、接合部１２に生じるチルの量を低減できる。ま
た、接合部１２にアップセット圧力Ｐ３を加えたとして
も、接合部１２が液相ではなく、固相に近い状態で加圧
されることになるので、球状黒鉛の扁平化が抑制され
る。すなわち、球状黒鉛の円形度の低下も抑制できる。
【００２６】すなわち、特開平９−１２６２２０号公報
に開示のものでは、例えば、図５（ａ）のＸ点に示すカ
ーボン量（Ｃ量）を有するものは、摩擦発熱に基づき、
図５（ｂ）に符号Ｚ１で示す昇温冷却過程を経るので、
接合部１２が溶融化するため、アップセット圧力Ｐ３を
高めに設定しかつアップセット時間ｔ３を従来よりも短
めにして、接合部１２に生じた溶融層を外部に排出させ
ることにより、接合部１２に固相接合に近い状態を実現
させていた。
に開示のものでは、例えば、図５（ａ）のＸ点に示すカ
ーボン量（Ｃ量）を有するものは、摩擦発熱に基づき、
図５（ｂ）に符号Ｚ１で示す昇温冷却過程を経るので、
接合部１２が溶融化するため、アップセット圧力Ｐ３を
高めに設定しかつアップセット時間ｔ３を従来よりも短
めにして、接合部１２に生じた溶融層を外部に排出させ
ることにより、接合部１２に固相接合に近い状態を実現
させていた。
【００２７】これに対して、本発明の実施の形態によれ
ば、図５（ｂ）に符号Ｚ２で示す昇温冷却過程を経るの
で、接合部１２が完全な溶融状態とならず、この固液共
存状態のもとで、接合部１２にアップセット圧力Ｐ３を
加えることにしたので、溶融物により発生するバリの量
を低減できると共に、固相接合に近い状態を実現でき
る。
ば、図５（ｂ）に符号Ｚ２で示す昇温冷却過程を経るの
で、接合部１２が完全な溶融状態とならず、この固液共
存状態のもとで、接合部１２にアップセット圧力Ｐ３を
加えることにしたので、溶融物により発生するバリの量
を低減できると共に、固相接合に近い状態を実現でき
る。
【００２８】この球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０と鋼鉄製
接合部材１１との接合部１２の引っ張り強度は４５０Ｍ
Ｐａ（メガパスカル）であった。また、接合部１２に生
じたチルの面積率は３％ないし５％であった。
接合部材１１との接合部１２の引っ張り強度は４５０Ｍ
Ｐａ（メガパスカル）であった。また、接合部１２に生
じたチルの面積率は３％ないし５％であった。
【００２９】そこで、このチルの面積率と引っ張り強度
との関係を調べるために、チルの面積率を変化させる摩
擦圧接条件のもとで、摩擦圧接を行い、接合部１２のチ
ルの面積率と引っ張り強さとの関係を調査した。
との関係を調べるために、チルの面積率を変化させる摩
擦圧接条件のもとで、摩擦圧接を行い、接合部１２のチ
ルの面積率と引っ張り強さとの関係を調査した。
【００３０】図６はその接合部１２のチルの面積率と引
っ張り強度との関係を示す特性曲線図で、符号Ｑ１は本
発明の実施の形態に係わる摩擦圧接条件に係わる引っ張
り強さ−チル面積率特性曲線である。
っ張り強度との関係を示す特性曲線図で、符号Ｑ１は本
発明の実施の形態に係わる摩擦圧接条件に係わる引っ張
り強さ−チル面積率特性曲線である。
【００３１】この図６から明らかなように、チルの面積
率が３％ないし５％の範囲にある場合、その引っ張り強
度がチルの面積率が３％以下又は５％以上のものよりも
高いこと明らかである。
率が３％ないし５％の範囲にある場合、その引っ張り強
度がチルの面積率が３％以下又は５％以上のものよりも
高いこと明らかである。
【００３２】また、符号Ｑ２はその摩擦圧接条件のもと
での伸び量−チル面積率特性曲線である。この特性曲線
Ｑ２から、チルの面積率が３％ないし５％の範囲が伸び
量として最適であることが理解できる。
での伸び量−チル面積率特性曲線である。この特性曲線
Ｑ２から、チルの面積率が３％ないし５％の範囲が伸び
量として最適であることが理解できる。
【００３３】次に、摩擦圧接条件を変更して行ってみ
た。
た。
【００３４】例えば、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０、鋼
鉄製接合部材１１として外径５０ｍｍ、内径２０ｍｍの
パイプ体を用い、第１摩擦圧力Ｐ１を４０ＭＰａ（メガ
パスカル）に設定し、第１摩擦時間ｔ１を４０ないし６
０秒に設定して摩擦圧接を行い、第２摩擦圧力Ｐ２を１
００ＭＰａ（メガパスカル）に設定し、第２摩擦時間ｔ
２を１ないし６秒に設定して摩擦圧接を行い、アップセ
ット圧力Ｐ３を１４０ＭＰａ（メガパスカル）、アップ
セット時間ｔ３を８秒に設定して、摩擦圧接を行った。
鉄製接合部材１１として外径５０ｍｍ、内径２０ｍｍの
パイプ体を用い、第１摩擦圧力Ｐ１を４０ＭＰａ（メガ
パスカル）に設定し、第１摩擦時間ｔ１を４０ないし６
０秒に設定して摩擦圧接を行い、第２摩擦圧力Ｐ２を１
００ＭＰａ（メガパスカル）に設定し、第２摩擦時間ｔ
２を１ないし６秒に設定して摩擦圧接を行い、アップセ
ット圧力Ｐ３を１４０ＭＰａ（メガパスカル）、アップ
セット時間ｔ３を８秒に設定して、摩擦圧接を行った。
【００３５】この場合にも、チルの面積率は３％ないし
５％の範囲にある場合、その引っ張り強度がチルの面積
率が３％以下又は５％以上のものよりも高かった。な
お、このときの摩擦圧接時の平均周速は、３ないし４ｍ
／ｓであった。
５％の範囲にある場合、その引っ張り強度がチルの面積
率が３％以下又は５％以上のものよりも高かった。な
お、このときの摩擦圧接時の平均周速は、３ないし４ｍ
／ｓであった。
【００３６】また、例えば、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１
０、鋼鉄製接合部材１１として外径１５０ｍｍ、内径１
２０ｍｍのパイプ体を用い、第１摩擦圧力Ｐ１を４０Ｍ
Ｐａ（メガパスカル）に設定し、第１摩擦時間ｔ１を４
０ないし６０秒に設定して摩擦圧接を行い、第２摩擦圧
力Ｐ２を１００ＭＰａ（メガパスカル）に設定し、第２
摩擦時間ｔ２を１ないし６秒に設定して摩擦圧接を行
い、アップセット圧力Ｐ３を１４０ＭＰａ（メガパスカ
ル）、アップセット時間ｔ３を８秒に設定して、摩擦圧
接を行った。
０、鋼鉄製接合部材１１として外径１５０ｍｍ、内径１
２０ｍｍのパイプ体を用い、第１摩擦圧力Ｐ１を４０Ｍ
Ｐａ（メガパスカル）に設定し、第１摩擦時間ｔ１を４
０ないし６０秒に設定して摩擦圧接を行い、第２摩擦圧
力Ｐ２を１００ＭＰａ（メガパスカル）に設定し、第２
摩擦時間ｔ２を１ないし６秒に設定して摩擦圧接を行
い、アップセット圧力Ｐ３を１４０ＭＰａ（メガパスカ
ル）、アップセット時間ｔ３を８秒に設定して、摩擦圧
接を行った。
【００３７】この場合にも、チルの面積率が３％ないし
５％の範囲にある場合、その引っ張り強度はチルの面積
率が３％以下又は５％以上のものよりも高かった。な
お、このときの摩擦圧接時の平均周速は、６．２ｍ／ｓ
である。
５％の範囲にある場合、その引っ張り強度はチルの面積
率が３％以下又は５％以上のものよりも高かった。な
お、このときの摩擦圧接時の平均周速は、６．２ｍ／ｓ
である。
【００３８】更に、球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０と球状
黒鉛鋳鉄製接合部材（図示を略す）との摩擦接合を行っ
てみた。この球状黒鉛鋳鉄製接合部材には、外径が５０
ｍｍ、内径が２０ｍｍのパイプ体を用い、第１摩擦圧力
Ｐ１を４０ないし６０ＭＰａ（メガパスカル）、第１摩
擦時間ｔ１を３０ないし１２０秒に設定して摩擦圧接を
行った後、アップセット圧力Ｐ３を１００ないし１２０
ＭＰａ、アップセット時間ｔ３を６秒に設定してアップ
セットを行った。なお、平均周速は約４．７秒である。
黒鉛鋳鉄製接合部材（図示を略す）との摩擦接合を行っ
てみた。この球状黒鉛鋳鉄製接合部材には、外径が５０
ｍｍ、内径が２０ｍｍのパイプ体を用い、第１摩擦圧力
Ｐ１を４０ないし６０ＭＰａ（メガパスカル）、第１摩
擦時間ｔ１を３０ないし１２０秒に設定して摩擦圧接を
行った後、アップセット圧力Ｐ３を１００ないし１２０
ＭＰａ、アップセット時間ｔ３を６秒に設定してアップ
セットを行った。なお、平均周速は約４．７秒である。
【００３９】このときの引っ張り強度は約４９０ＭＰａ
であり、このときのチルの面積率は３％ないし５％の範
囲である。
であり、このときのチルの面積率は３％ないし５％の範
囲である。
【００４０】球状黒鉛鋳鉄製接合部材１０の接合部１２
のこのチルの面積率と引っ張り強度との関係を調べるた
めに、チルの面積率を変化させる摩擦圧接条件のもと
で、摩擦圧接を行い、接合部１２のチルの面積率と引っ
張り強さとの関係を調査した。
のこのチルの面積率と引っ張り強度との関係を調べるた
めに、チルの面積率を変化させる摩擦圧接条件のもと
で、摩擦圧接を行い、接合部１２のチルの面積率と引っ
張り強さとの関係を調査した。
【００４１】なお、念のため、球状黒鉛鋳鉄製接合部材
として、外径５０ｍｍ、内径２０ｍｍのパイプ体を用
い、第１摩擦圧力Ｐ１を４０ないし９０、第１摩擦時間
ｔ１を７秒ないし１４０秒に設定し、平均周速を４．７
ｍ／ｓ、アップセット圧力Ｐ２をＭＰａ、アップセット
時間ｔ３を約３ないし６秒に設定して摩擦圧接を試み
た。
として、外径５０ｍｍ、内径２０ｍｍのパイプ体を用
い、第１摩擦圧力Ｐ１を４０ないし９０、第１摩擦時間
ｔ１を７秒ないし１４０秒に設定し、平均周速を４．７
ｍ／ｓ、アップセット圧力Ｐ２をＭＰａ、アップセット
時間ｔ３を約３ないし６秒に設定して摩擦圧接を試み
た。
【００４２】このとき、接合部１２の引っ張り試験の結
果、接合部にて破断せず、球状黒鉛鋳鉄部の母材破断を
示した。
果、接合部にて破断せず、球状黒鉛鋳鉄部の母材破断を
示した。
【００４３】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、球状黒鉛
鋳鉄製接合部材の端面部と鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接
合部材の端面部とを固液共存領域で摩擦圧接接合するも
のであるから、端面部同士の接合部が完全に溶融状態と
なることを防止でき、従って、アップセット圧力を加え
たときに、接合部から外部に押し出される溶融部の量を
従来に較べて低減できることになって、接合部のバリの
発生が抑制される。
鋳鉄製接合部材の端面部と鋼鉄製接合部材又は鋳鉄製接
合部材の端面部とを固液共存領域で摩擦圧接接合するも
のであるから、端面部同士の接合部が完全に溶融状態と
なることを防止でき、従って、アップセット圧力を加え
たときに、接合部から外部に押し出される溶融部の量を
従来に較べて低減できることになって、接合部のバリの
発生が抑制される。
【００４４】また、固相と液層とが共存した状態で摩擦
圧接するので、接合部に生じるチルの量も低減でき、か
つ、球状黒鉛の円形度の低下も抑制できる。
圧接するので、接合部に生じるチルの量も低減でき、か
つ、球状黒鉛の円形度の低下も抑制できる。
【図１】 従来の摩擦圧接法に基づく不具合を説明する
ための説明図であって、アップセット圧力を高めとしか
つアップセット時間を短めに設定したときのバリの発生
を説明するための図である。
ための説明図であって、アップセット圧力を高めとしか
つアップセット時間を短めに設定したときのバリの発生
を説明するための図である。
【図２】 従来の摩擦圧接法に基づく不具合を説明する
ための説明図であって、摩擦発熱温度を低くすると共に
アップセット圧力を低めに設定したときの不具合を説明
するための図である。
ための説明図であって、摩擦発熱温度を低くすると共に
アップセット圧力を低めに設定したときの不具合を説明
するための図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係わる球状黒鉛鋳鉄製
接合部材の摩擦圧接方法を説明するための図である。
接合部材の摩擦圧接方法を説明するための図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係わる球状黒鉛鋳鉄製
接合部材の摩擦圧接方法を説明するためのシーケンスタ
イムチャート図である。
接合部材の摩擦圧接方法を説明するためのシーケンスタ
イムチャート図である。
【図５】 本発明の実施の形態に係わる球状黒鉛鋳鉄製
接合部材の摩擦圧接方法を説明するための説明図であっ
て、（ａ）は固相−液相の状態曲線を示し、（ｂ）は昇
温冷却過程を示す。
接合部材の摩擦圧接方法を説明するための説明図であっ
て、（ａ）は固相−液相の状態曲線を示し、（ｂ）は昇
温冷却過程を示す。
【図６】 本発明の実施の形態に係わる球状黒鉛鋳鉄製
接合部材の摩擦圧接方法を説明するための説明図であっ
て、球状黒鉛鋳鉄製接合部材と鉄鋼製接合部材との接合
部のチル面積率と引っ張り強さとの関係、チル面積率と
接合部の伸び量との関係を示す特性曲線図である。
接合部材の摩擦圧接方法を説明するための説明図であっ
て、球状黒鉛鋳鉄製接合部材と鉄鋼製接合部材との接合
部のチル面積率と引っ張り強さとの関係、チル面積率と
接合部の伸び量との関係を示す特性曲線図である。
１０ 球状黒鉛鋳鉄製接合部材 １１ 鋼鉄製接合部材 １０ａ、１１ａ 端面部
Claims (3)
- 【請求項１】 鋼鉄製接合部材又は球状黒鉛鋳鉄製接合
部材の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部に軸
方向から突き合わせて摩擦圧力を加えかつ回転させるこ
とに基づく摩擦発熱によって、鋼鉄製接合部材又は球状
黒鉛鋳鉄製接合部材の端面部を、球状黒鉛鋳鉄製接合部
材の端面部に摩擦圧接する球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩
擦圧接方法において、 前記端面部の摩擦発熱温度が固相線（約１１５０度Ｃ〜
１１６０度Ｃ）以上でかつ完全液相状態となる温度以下
の固液共存状態温度で、前記端面部同士を摩擦圧接する
ことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方
法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄製接合部
材の摩擦圧接方法において、前記端面部の摩擦発熱温度
が固相線（約１１５０度Ｃ〜１１６０度Ｃ）以上でかつ
完全液相状態となる温度以下の固液共存状態温度で、前
記端面部同士を摩擦圧接するために、該端面部同士を第
１摩擦圧力でかつ第１摩擦時間の間摩擦発熱させる第１
摩擦発熱段階と、前記第１摩擦圧力よりも高い第２摩擦
圧力でかつ第１摩擦時間よりも短い第２摩擦時間の間摩
擦発熱させる第２摩擦発熱段階とからなることを特徴と
する。 - 【請求項３】 請求項２に記載の球状黒鉛鋳鉄製接合部
材の摩擦圧接方法において、前記接合部のチルの含有量
が面積率で表現して１０％以下であることを特徴とす
る。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000106551A JP2001287049A (ja) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | 球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000106551A JP2001287049A (ja) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | 球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001287049A true JP2001287049A (ja) | 2001-10-16 |
Family
ID=18619699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000106551A Pending JP2001287049A (ja) | 2000-04-07 | 2000-04-07 | 球状黒鉛鋳鉄製接合部材の摩擦圧接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001287049A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1946877A1 (de) * | 2007-01-17 | 2008-07-23 | Georg Fischer Automotive AG | Reibschweissverfahren und Reibschweissteil |
| WO2008120428A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 接合方法および接合装置 |
-
2000
- 2000-04-07 JP JP2000106551A patent/JP2001287049A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1946877A1 (de) * | 2007-01-17 | 2008-07-23 | Georg Fischer Automotive AG | Reibschweissverfahren und Reibschweissteil |
| WO2008087070A1 (de) * | 2007-01-17 | 2008-07-24 | Georg Fischer Engineering Ag | Reibschweissverfahren und reibschweissteil |
| WO2008120428A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 接合方法および接合装置 |
| JP5002005B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2012-08-15 | 川崎重工業株式会社 | 接合方法および接合装置 |
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070306 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090120 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090122 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090526 |