JP2007061885A - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能な摩擦攪拌接合方法を提供する
【解決手段】 本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合方法は、冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼である二つの金属材を４００℃以上５５０℃以下の所定温度に加熱する工程と、この工程によって加熱された金属材の端部を突き合わせて、該端部間に沿って摩擦攪拌接合を行う工程と、を含む。かかる摩擦攪拌接合方法によれば、接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、摩擦攪拌接合方法に関するものである。
金属材の接合方法には種々の方法がある。その一種として、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）が、知られている。摩擦攪拌接合は、接合しようとする二つの金属材それぞれの端部を突き合わせ、回転ツールの先端に設けられたピンを両者の端部の間に挿入し、これら端部の長手方向に沿って回転ツールを回転させつつ移動させることによって、二つの金属部材を接合する方法である。
特許第２７１２８３８号公報、 特許第２７９２２３３号公報
ところで、接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能な摩擦攪拌接合方法が要請されている。
そこで、本発明は、接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能な摩擦攪拌接合方法を提供することを目的としている。
本発明の摩擦攪拌接合方法は、冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼である二つの金属材を４００℃以上５５０℃以下の所定温度に加熱する工程と、この工程によって加熱された金属材の端部を突き合わせて、該端部間に沿って摩擦攪拌接合を行う工程と、を含む。このオーステナイト系ステンレス鋼には、ＪＩＳ Ｅ ４０４９に規定のＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴが含まれる。また、摩擦攪拌接合は、スポットＦＳＷを含むものである。
本発明によれば、接合後の接合部位の強度をより向上させることが可能な摩擦攪拌接合方法が提供される。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、実施の形態に係る摩擦攪拌接合方法の工程図である。図１に示すように、本実施の形態の摩擦攪拌接合方法では、まず、冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼である二つの金属を所定温度に加熱する工程が、実施される（ステップＳ０１）。
なお、所定温度とは、４００℃以上５５０℃以下の温度である。また、加熱とは、所定温度に至るまで、金属材が十分な時間加熱されていること意味する。このように、所定温度に金属材を加熱すると、転位が減少し、且つ、結晶粒の粒径が適切な値に制御され、後述の摩擦攪拌接合後の接合部位の強度が向上されるものと考えられる。
次に、本実施の形態の摩擦攪拌接合方法では、ステップＳ０１において加熱された二つの金属材が摩擦攪拌接合される（ステップＳ０２）。図２は、摩擦攪拌接合を説明するための図である。図２において（ａ）には、摩擦攪拌接合の様子が示されており、（ｂ）には、摩擦攪拌接合に用いられる回転ツールの側面図が示されている。
摩擦攪拌接合は、図２における（ａ）に示すように、金属材１ａ及び金属材１ｂそれぞれの端部をつきあせて、棒状の回転ツール１０の先端に設けられたピン１１を端部間に挿入し、ピン１１を回転させつつ端部に沿って移動させる方法である。
図２における（ｂ）に示すように、回転ツール１０は、略円柱状のショルダー１２とその先端にあり金属材の端部間に挿入されるピン１１から構成されている。ピン１１は、ショルダー１２より小径の略円柱形をなしている。
このように、ステップＳ０２において、摩擦攪拌接合が実施されることによって、本実施の形態の摩擦攪拌接合方法が、完了する。
以下、本実施の形態に従って行った実験例について説明する。
この実験例において作成したサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材、及び摩擦攪拌接合方法における各条件を表１に示す。
Figure 2007061885
表１に示すように、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材には、冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼として、ＪＩＳ Ｅ ４０４９に規定のＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴであって、厚さ１．５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴ材を用いた。この実験例では、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材を、表１に示す温度で、３０分間加熱した（ステップＳ０１）。なお、加熱は、シリコユニット炉で大気雰囲気中で行った。
そして、加熱後の各サンプル材を用いて、表１に示すとおりの条件で、摩擦攪拌接合（ステップＳ０２）を行った。摩擦攪拌接合には、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）製であり、ショルダー径１２ｍｍ、ピン径４ｍｍ、ピン長１．４ｍｍの回転ツールを用いた。
次に、摩擦攪拌接合後の部材から試験片を作成して、引張試験を行った。引張試験においては、図３に示すように、攪拌部Ｓにおける接合部位Ｊが中心を横切る試験片を用いた。この試験片の各パラメータは、Ｌ１：６０ｍｍ、Ｗ１：１６ｍｍ、Ｌ２：１０ｍｍ、Ｌ３：７．５ｍｍ、Ｌ４：２５ｍｍ、Ｗ２＝１２ｍｍ、Ｒ＝１５ｍｍである。かかる試験片に対して、ＩＮＳＴＲＯＮ社製の引張試験機を用いて、室温にて引張速度１ｍｍ／ｍｉｎの引張試験を行った。
図４は、実験例２にかかる金属材の加熱温度と引張強度の関係を示すグラフである。図４には、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１２の金属材の加熱温度と引張強度の関係が示されている。図４に示すように、ＳＵＳ３０１Ｌ−ＨＴの金属材は、４００℃以上５５０℃以下の所定温度に加熱されることによって、加熱を行わない場合或いは加熱温度が高すぎる場合に比して、その接合部位の強度が向上されることが確認された。
図１は、実施の形態に係る摩擦攪拌接合方法の工程図である 図２は、摩擦攪拌接合を説明するための図である。 図３は、引張試験用の試験片を示す平面図である。 図４は、実験例の金属材の加熱温度と引張強度の関係を示すグラフである。
符号の説明
１ａ，１ｂ…金属材、１０…回転ツール、１１…ピン、１２…ショルダー。

Claims (1)

  1. 冷間加工を施して調質したオーステナイト系ステンレス鋼である二つの金属材を４００℃以上５５０℃以下の所定温度に加熱する工程と、
    前記工程によって加熱された前記金属材の端部を突き合わせて、該端部間に沿って摩擦攪拌接合を行う工程と、
    を含む摩擦攪拌接合方法。

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