JP2011148005A - Metallic material for friction stir welding - Google Patents

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Hidetoshi Fujii
英俊 藤井
Takeshi Ishikawa
武 石川
Kazuo Genji
一夫 玄地
Noboru Yakabe
昇 矢ヶ部
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Osaka University NUC
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Osaka University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallic material that excels in joining strength after friction stir welding. <P>SOLUTION: The metallic material is a metallic material for friction stir welding. The metallic material is characterized in that it is an aluminum material of A6N01 specified in JIS H 4000 and that the average grain size of the aluminum material is ≤1.76 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、摩擦攪拌接合用の金属材に関するものである。   The present invention relates to a metal material for friction stir welding.

金属材は、その結晶粒を微細化することによって、強度を高めることが可能である。このような金属材の接合には、微細化された結晶粒の粗大化を防止する目的で、入熱の少ない摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)が用いられている(例えば、特許文献1を参照)。   The strength of the metal material can be increased by refining the crystal grains. For the joining of such metal materials, friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) with low heat input is used for the purpose of preventing coarsening of refined crystal grains (for example, Patent Document 1). See).

特開2002−346770号公報JP 2002-346770 A

ところで、摩擦攪拌接合に用いられる金属材には、接合部位の接合強度が低下しないことが要請されている。   By the way, the metal material used for friction stir welding is requested | required that the joining strength of a junction part may not fall.

そこで、本発明は、摩擦攪拌接合後の接合強度に優れた金属材を提供することを目的としている。   Then, this invention aims at providing the metal material excellent in the joint strength after friction stir welding.

上述したように、特許文献1には、結晶粒の微細化によって強度を高めた金属材の接合においては、結晶粒の粗大化を防止する必要があることが記載されている。即ち、特許文献1には、金属材の強度を向上するためには、結晶粒がより小さいことが好ましいことが示唆されている。   As described above, Patent Document 1 describes that it is necessary to prevent coarsening of crystal grains in the joining of metal materials whose strength is increased by refining crystal grains. That is, Patent Document 1 suggests that the crystal grains are preferably smaller in order to improve the strength of the metal material.

一方、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、結晶粒が小さすぎても、また、大きすぎても、摩擦攪拌後の接合部位における金属材の強度が低下することを見出した。   On the other hand, as a result of intensive studies, the present inventor has found that the strength of the metal material at the bonded portion after friction stirring is lowered even if the crystal grains are too small or too large.

かかる知見に基づく本発明の第1の金属材は、摩擦攪拌接合用の金属材であって、当該金属材は、JIS H 4000に規定のA1050のアルミニウム材であり、当該アルミニウム材の結晶粒の平均粒径が、0.95μm以上2.3μm未満である、ことを特徴としている。   The first metal material of the present invention based on such knowledge is a metal material for friction stir welding, and the metal material is an aluminum material of A1050 defined in JIS H4000, and the crystal grains of the aluminum material The average particle size is 0.95 μm or more and less than 2.3 μm.

また、本発明の第2の金属材は、摩擦攪拌接合用の金属材であって、当該金属材は、JIS H 4000に規定のA6N01のアルミニウム材であり、当該アルミニウム材の結晶粒の平均粒径が、1.76μm以下であることを特徴としている。   Further, the second metal material of the present invention is a metal material for friction stir welding, and the metal material is an aluminum material of A6N01 defined in JIS H4000, and the average grain size of the crystal grains of the aluminum material The diameter is 1.76 μm or less.

また、本発明の第3の金属材は、摩擦攪拌接合用の金属材であって、当該金属材は、IF鋼であり、当該IF鋼の結晶粒の平均粒径が、0.6μm以上7.0μm以下であることを特徴としている。第3の金属材の結晶の粒径は、1.0μm以上2.2μm以下であることが更に好ましい。   The third metal material of the present invention is a metal material for friction stir welding, and the metal material is IF steel, and the average grain size of the IF steel crystal grains is 0.6 μm or more and 7 It is characterized by being 0.0 μm or less. The crystal grain size of the third metal material is more preferably 1.0 μm or more and 2.2 μm or less.

かかる第1〜第3の金属材は、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れている。   Such first to third metal materials are excellent in the strength of the joined portion after the friction stir welding.

また、本発明の第1及び第2の金属材は、150℃以上225℃以下に加熱されていることを特徴とすることが好ましい。また、第3の金属材は、575℃以上650℃以下に、特に575℃以上625℃以下に加熱されていることが好ましい。金属材を上述した範囲の温度に加熱すると、転位が減少し、且つ、結晶粒径が適切な値に制御されるので、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れた金属材を得ることができる。   Moreover, it is preferable that the 1st and 2nd metal material of this invention is heated by 150 degreeC or more and 225 degrees C or less. Moreover, it is preferable that the 3rd metal material is heated by 575 degreeC or more and 650 degrees C or less, especially 575 degreeC or more and 625 degrees C or less. When the metal material is heated to a temperature in the above-described range, the dislocation is reduced and the crystal grain size is controlled to an appropriate value, so that a metal material having excellent strength at the joint portion after friction stir welding can be obtained. it can.

また、本発明の金属材は、摩擦攪拌接合用の金属材であって、当該金属材の結晶粒の平均粒径が、1.0μm以上1.76μm以下であることを特徴としている。また、金属材は、当該金属材の絶対温度での融点に対して、0.468以上0.510以下の比の絶対温度で、加熱されていることが好適である。上記平均粒径を有する金属材は、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れている。また、上記温度に加熱されることによって、転位が減少し、且つ、結晶粒径が適切な値に制御されるので、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れた金属材を得ることができる。   The metal material of the present invention is a metal material for friction stir welding, and the average particle size of crystal grains of the metal material is 1.0 μm or more and 1.76 μm or less. In addition, the metal material is preferably heated at an absolute temperature of a ratio of 0.468 or more and 0.510 or less with respect to the melting point at the absolute temperature of the metal material. The metal material having the above average particle diameter is excellent in the strength of the joined portion after the friction stir welding. Further, by heating to the above temperature, dislocations are reduced and the crystal grain size is controlled to an appropriate value, so that a metal material having excellent strength at the bonded portion after friction stir welding can be obtained. .

本発明によれば、摩擦攪拌接合後の接合強度に優れた金属材が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metal material excellent in the joining strength after friction stir welding is provided.

図1は、摩擦攪拌接合を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining friction stir welding. 図2は、引張試験用の試験片を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a test piece for a tensile test. 図3は、実験例1にかかる金属材の引張強度を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 1. 図4は、実験例1にかかる金属材の引張強度を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 1. 図5は、実験例1にかかる金属材の引張強度を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 1. 図6は、実験例1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。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the heating temperature and tensile strength of the metal material of Experimental Example 1. 図7は、実験例2にかかる金属材の引張強度を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 2. 図8は、実験例2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。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the heating temperature of the metal material of Experimental Example 2 and the tensile strength.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、摩擦攪拌接合を説明するための図である。図1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。   FIG. 1 is a diagram for explaining friction stir welding. 1A shows a state of friction stir welding, and FIG. 1B shows a side view of a rotary tool used for friction stir welding.

摩擦攪拌接合は、図1における(a)に示すように、金属材1a及び金属材1bそれぞれの端部を突き合わせて、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。なお、ここでの摩擦攪拌接合は、スポットFSWを含むものである。   In the friction stir welding, as shown in FIG. 1A, the ends of the metal material 1a and the metal material 1b are brought into contact with each other, and the pin 11 provided at the tip of the rod-shaped rotary tool 10 is inserted between the ends. Then, the pin 11 is moved along the end portion while rotating. Here, the friction stir welding includes a spot FSW.

図1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。   As shown in FIG. 1 (b), the rotary tool 10 is composed of a substantially cylindrical shoulder 12 and a pin 11 at the tip of the shoulder 12 and inserted between the ends of the metal material. The pin 11 has a substantially cylindrical shape having a smaller diameter than the shoulder 12.

このような摩擦攪拌接合用の金属材1a及び1bとして好適に用いられる本実施の形態の金属材は、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度を向上するために、所定範囲の粒径を有するものである。   The metal material of the present embodiment that is preferably used as the metal materials 1a and 1b for friction stir welding has a particle size in a predetermined range in order to improve the strength of the bonded portion after the friction stir welding. It is.

本実施の形態の金属材の一つは、JIS H 4000に規定のA1050のアルミニウム材であり、その結晶粒の平均粒径は、0.95μm以上2.3μm未満である。また、本実施の形態の金属材の別の一つは、JIS H 4000に規定のA6N01のアルミニウム材であり、その結晶粒の平均粒径は、1.76μm以下である。また、本実施の形態の金属材の更に別の一つは、IF鋼であり、その結晶粒の平均粒径は、1.0μm以上2.2μm以下である。かかるA1050材、A6N01材、及びIF鋼は、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れている。   One of the metal materials of the present embodiment is an A1050 aluminum material defined in JIS H4000, and the average grain size of the crystal grains is 0.95 μm or more and less than 2.3 μm. Another metal material of the present embodiment is an A6N01 aluminum material specified in JIS H4000, and the average grain size of the crystal grains is 1.76 μm or less. Further, another one of the metal materials of the present embodiment is IF steel, and the average grain size of the crystal grains is 1.0 μm or more and 2.2 μm or less. Such A1050 material, A6N01 material, and IF steel are excellent in the strength of the bonded portion after friction stir welding.

また、これらA1050材、A6N01材、及びIF鋼の好ましい平均粒径から明らかなように、平均粒径が1.0μm以上1.76μm以下の金属材は、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れたものとなる。   Further, as is clear from the preferable average particle diameters of these A1050 material, A6N01 material, and IF steel, the metal material having an average particle diameter of 1.0 μm or more and 1.76 μm or less is effective in the strength of the bonded portion after the friction stir welding. It will be excellent.

これら本実施の形態の金属材の粒径を上記所定範囲の粒径とする方法は、例えば、O材に対する繰り返し重ね接合圧延(ARB=Accumulative Roll-Bonding)加工及び加熱を任意に組み合わせる方法を用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば、液体窒素を用いた低温大圧下圧延焼鈍法、せん断押出し法(ECAP法)、高圧ねじり法(High Pressure Torsion)、粉体のメカニカルミリング法等を用いることも可能である。   As a method for setting the particle size of the metal material of the present embodiment to a particle size in the predetermined range, for example, a method of arbitrarily combining repeated lap joint rolling (ARB = Accumulative Roll-Bonding) processing and heating for the O material is used. However, the present invention is not limited to this. For example, it is possible to use a low-temperature large-pressure rolling annealing method using liquid nitrogen, a shear extrusion method (ECAP method), a high-pressure torsion method (High Pressure Torsion), a powder mechanical milling method, or the like.

上記A1050材及びA6N01材は、150℃以上225℃以下の所定温度に加熱されたものであることが好適である。なお、150℃とは、A1050材の疲労限の温度である。また、上記IF鋼は、575℃以上625℃以下の所定温度に加熱されたものであることが好適である。なお、ここでの加熱とは、上記A1050材、A6N01材、及びIF鋼それぞれの略全体が、所定温度に至るまで、十分な時間加熱されていること意味する。A1050材、A6N01材、及びIF鋼をそれぞれ、上記所定温度に加熱すると、転位が減少し、且つ、結晶粒の粒径が適切な値に制御される。その結果、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れたA1050材、A6N01材、及びIF鋼が得られる。   The A1050 material and the A6N01 material are preferably heated to a predetermined temperature of 150 ° C. or higher and 225 ° C. or lower. In addition, 150 degreeC is the temperature of the fatigue limit of A1050 material. The IF steel is preferably heated to a predetermined temperature of 575 ° C. or more and 625 ° C. or less. In addition, the heating here means that substantially the entire A1050 material, A6N01 material, and IF steel are heated for a sufficient time until reaching a predetermined temperature. When the A1050 material, the A6N01 material, and the IF steel are each heated to the predetermined temperature, the dislocation is reduced and the grain size of the crystal grains is controlled to an appropriate value. As a result, A1050 material, A6N01 material, and IF steel excellent in the strength of the joint portion after friction stir welding are obtained.

ここで、上記のアルミニウム材の絶対温度における融点は933K(ケルビン)であり、この融点に対するアルミニウム材の好適な加熱温度(絶対温度)の比は、0.453以上0.534以下となる。また、IF鋼の絶対温度における融点は1811Kであり、この融点に対するIF鋼の好適な加熱温度(絶対温度)の比は、0.468以上0.510以下となる。したがって、金属材は、当該金属材の絶対温度での融点に対して、0.468以上0.510以下の比の絶対温度で加熱されると、転位が減少し、且つ、結晶粒の粒径が適切な値に制御される。その結果、摩擦攪拌接合後の接合部位の強度に優れたものとなる。   Here, the melting point at the absolute temperature of the aluminum material is 933 K (Kelvin), and the ratio of the suitable heating temperature (absolute temperature) of the aluminum material to the melting point is 0.453 or more and 0.534 or less. The melting point of IF steel at the absolute temperature is 1811K, and the ratio of the suitable heating temperature (absolute temperature) of the IF steel to this melting point is 0.468 or more and 0.510 or less. Therefore, when the metal material is heated at an absolute temperature of a ratio of 0.468 or more and 0.510 or less with respect to the melting point at the absolute temperature of the metal material, the dislocation is reduced and the grain size of the crystal grains is reduced. Is controlled to an appropriate value. As a result, the strength of the joint portion after friction stir welding is excellent.

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。   Hereinafter, experimental examples performed in accordance with the present embodiment will be described.

[実験例1]   [Experimental Example 1]

この実験例1において作成したサンプルNo.1〜No.19の金属材それぞれの製造条件、結晶の粒径、及び摩擦攪拌接合の条件を表1に示す。

Figure 2011148005

Sample No. 1 prepared in this experimental example 1 1-No. Table 1 shows the manufacturing conditions, crystal grain size, and friction stir welding conditions for each of the 19 metal materials.
Figure 2011148005

表1に示すように、サンプルNo.1〜No.14の金属材を製造するために、A1050材のO材に対して表1に記載のサイクル数のARB加工を行った。ARB加工においては、厚さ2mm、幅60mm、長さ400mmの板を出発材とし、当該出発材の表面をアセトンにて脱脂しワイヤブラッシングして得た板材を2枚重ねて、圧化率50%に圧延し、圧延によって得た板材を水冷後、二等分することによって出発材と同サイズの板材を得た。以上を1サイクルのARB加工とした。なお、圧延は、ロール直径255mmの二段圧延機を用いて、ロール周速0.17m/sで、無潤滑の条件で行った。   As shown in Table 1, sample no. 1-No. In order to produce 14 metal materials, the ARB processing of the number of cycles shown in Table 1 was performed on the O material of A1050 material. In the ARB processing, a plate having a thickness of 2 mm, a width of 60 mm, and a length of 400 mm is used as a starting material. The plate material obtained by rolling was water-cooled and then divided into two equal parts to obtain a plate material having the same size as the starting material. The above is one cycle of ARB processing. Note that the rolling was performed using a two-stage rolling mill with a roll diameter of 255 mm at a roll peripheral speed of 0.17 m / s and under non-lubricating conditions.

サンプルNo.5〜No.8の金属材それぞれについては、ARB加工後に、管状電気炉内を用い、Arガス雰囲気中で、200℃、225℃、250℃、300℃の加熱を30分間行った。また、サンプルNo.12〜No.14の金属材それぞれについては、ARB加工後に、管状電気炉内を用い、Arガス雰囲気中で、225℃、275℃、300℃の加熱を30分間行った。   Sample No. 5-No. Each of the metal materials of 8 was heated at 200 ° C., 225 ° C., 250 ° C., and 300 ° C. for 30 minutes in an Ar gas atmosphere after the ARB processing in the tubular electric furnace. Sample No. 12-No. Each of the 14 metal materials was heated at 225 ° C., 275 ° C., and 300 ° C. for 30 minutes in an Ar gas atmosphere using an inside of a tubular electric furnace after ARB processing.

また、サンプルNo.15〜No.19の金属材を製造するために、A6N01材のO材に対して表1に記載のサイクル数のARB加工を行った。サンプルNo.19の金属材については、更に、275℃の加熱を30分間行った。   Sample No. 15-No. In order to produce 19 metal materials, the ARB processing of the number of cycles shown in Table 1 was performed on the O material of the A6N01 material. Sample No. About 19 metal materials, 275 degreeC heating was further performed for 30 minutes.

サンプルNo.1〜No.19の金属材それぞれの結晶の平均粒径は、表1に示すとおりである。なお、結晶の平均粒径は、製造したサンプルNo.1〜No.19の金属材それぞれに電解研磨を施して、電解研磨後の各金属材のEBSP(EBSP=Electron Back Scattering Pattern)像法による結晶粒界のマップを得て、当該マップに格子を重ねて、格子と結晶粒界との交点間の距離を計測することによって得た。   Sample No. 1-No. The average grain size of the crystals of each of the 19 metal materials is as shown in Table 1. In addition, the average particle diameter of the crystal is the same as the manufactured sample No. 1-No. Each of the 19 metal materials is subjected to electropolishing, and a crystal grain boundary map is obtained by EBSP (EBSP = Electron Back Scattering Pattern) image method of each metal material after electropolishing. And obtained by measuring the distance between the intersections of the crystal grain boundaries.

このようにして得たサンプルNo.1〜No.19の金属材それぞれに、表1に示す条件(回転ツールの回転速度、及び回転ツールの移動速度)で、摩擦攪拌接合を行い、接合部位(継手)の引張強度を計測した。なお、摩擦攪拌接合に用いたサンプルNo.15〜No.19の金属材は、厚さ2.0mm、幅60mm、長さ300mmのものである。また、摩擦攪拌接合には、ショルダー径12mm、ピン径4mm、ピン長1.7mmの回転ツールを用いた。   Sample No. obtained in this way. 1-No. Friction stir welding was performed on each of the 19 metal materials under the conditions shown in Table 1 (the rotational speed of the rotating tool and the moving speed of the rotating tool), and the tensile strength of the joint portion (joint) was measured. The sample No. used for friction stir welding was used. 15-No. The 19 metal material has a thickness of 2.0 mm, a width of 60 mm, and a length of 300 mm. For the friction stir welding, a rotating tool having a shoulder diameter of 12 mm, a pin diameter of 4 mm, and a pin length of 1.7 mm was used.

また、引張試験においては、図2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、L1:45mm、W1:12mm、L2:10mm、L3:4mm、L4:4mm、W2=4mm、R=4mm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。   In the tensile test, as shown in FIG. 2, a test piece in which the joint portion J in the stirring portion S crosses the center was used. Each parameter of this test piece is L1: 45mm, W1: 12mm, L2: 10mm, L3: 4mm, L4: 4mm, W2 = 4mm, R = 4mm. The test piece was subjected to a tensile test at a tensile speed of 1 mm / min at room temperature using a tensile tester manufactured by INSTRON.

図3〜図6に実験例1にかかる金属材の引張強度を示す。図3には、サンプルNo.1〜No.8の金属材の粒径と引張強度の関係が示されている。図3に示すように、A1050材は、その結晶粒径が、0.95μm以上2.3μm未満である場合に、接合部位の強度が向上されることが確認された。   3 to 6 show the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 1. FIG. In FIG. 1-No. The relationship between the particle size of 8 metal material and the tensile strength is shown. As shown in FIG. 3, it was confirmed that the strength of the bonded portion of the A1050 material is improved when the crystal grain size is 0.95 μm or more and less than 2.3 μm.

図4には、サンプルNo.9〜No.14の金属材の粒径と引張強度の関係が示されている。図3に示したサンプルは、回転ツールの回転速度400rpmで摩擦攪拌接合されているが、図4に示したサンプルは、回転ツールの回転速度1000rpmで摩擦攪拌接合されている。図4に示すように、回転ツールの回転速度が大きくなることによって、引張強度の絶対値がちいさくなるものの、A1050材は、その結晶粒径が、0.95μm以上2.3μm未満である場合に、接合部位の強度が向上されるという傾向は、同様であることが確認された。   In FIG. 9-No. The relationship between the particle size of 14 metal materials and tensile strength is shown. The sample shown in FIG. 3 is friction stir welded at a rotational speed of 400 rpm of the rotary tool, whereas the sample shown in FIG. 4 is friction stir welded at a rotational speed of 1000 rpm of the rotary tool. As shown in FIG. 4, the absolute value of the tensile strength becomes small as the rotational speed of the rotary tool increases, but the A1050 material has a crystal grain size of 0.95 μm or more and less than 2.3 μm. It has been confirmed that the tendency that the strength of the bonded portion is improved is the same.

図5には、サンプルNo.15〜No.19の金属材の粒径と引張強度の関係が示されている。図5に示すように、A6N01材は、その結晶粒径が、1.75μm以下である場合に、接合部位の強度が向上されることが確認された。   In FIG. 15-No. The relationship between the particle size of 19 metal materials and the tensile strength is shown. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the A6N01 material was improved in strength at the bonded portion when the crystal grain size was 1.75 μm or less.

図6は、実験例1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。図6には、サンプルNo.5〜No.8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6に示すように、金属材、特にA1050材は、150℃以上225℃以下に加熱されることによって、接合部位の強度が向上されることが確認された。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the heating temperature and tensile strength of the metal material of Experimental Example 1. In FIG. 5-No. 8 shows the relationship between the heating temperature and the tensile strength of the metal material. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the metal material, particularly the A1050 material, was heated to 150 ° C. or higher and 225 ° C. or lower, whereby the strength of the bonded portion was improved.

[実験例2]   [Experiment 2]

この実験例2において作成したサンプルNo.20〜No.25の金属材それぞれの製造条件、結晶の粒径、及び摩擦攪拌接合の条件を表2に示す。

Figure 2011148005

Sample No. 2 prepared in Experimental Example 2 20-No. Table 2 shows the production conditions, crystal grain size, and friction stir welding conditions for each of the 25 metal materials.
Figure 2011148005

表2に示すように、サンプルNo.20〜No.24の金属材を製造するために、IF鋼(Ti添加極低炭素IF鋼)のO材に対して表2に記載のサイクル数のARB加工を行った。ARB加工においては、厚さ1.6mm、幅35mm、長さ400mmの板を出発材とし、当該出発材の表面をアセトンにて脱脂しワイヤブラッシングして得た板材を2枚重ねて、圧化率50%に圧延し、圧延によって得た板材を水冷後、二等分することによって出発材と同サイズの板材を得た。以上を1サイクルのARB加工とした。なお、圧延は、ロール直径255mmの二段圧延機を用いて、ロール周速0.17m/sで、無潤滑の条件で行った。   As shown in Table 2, sample no. 20-No. In order to produce 24 metal materials, ARB processing of the number of cycles shown in Table 2 was performed on O material of IF steel (Ti-added ultra-low carbon IF steel). In ARB processing, a plate having a thickness of 1.6 mm, a width of 35 mm, and a length of 400 mm is used as a starting material, and the surface of the starting material is degreased with acetone, and two sheets obtained by wire brushing are stacked and pressed. The plate was rolled at a rate of 50%, and the plate obtained by rolling was water-cooled and then divided into two equal parts to obtain a plate of the same size as the starting material. The above is one cycle of ARB processing. Note that the rolling was performed using a two-stage rolling mill with a roll diameter of 255 mm at a roll peripheral speed of 0.17 m / s and under non-lubricating conditions.

なお、サンプルNo.25の金属材は、IF鋼のO材である。このIF鋼のO材の組成は、表3に示すとおりである。サンプルNo.21〜No.24の金属材それぞれについては、更に、管状電気炉内を用い、Arガス雰囲気中で、575℃、600℃、625℃、650℃の加熱を30分間行った。

Figure 2011148005

Sample No. 25 metal materials are IF steel O materials. Table 3 shows the composition of the O material of the IF steel. Sample No. 21-No. Each of the 24 metallic materials was further heated in a tubular electric furnace at 575 ° C., 600 ° C., 625 ° C., and 650 ° C. for 30 minutes in an Ar gas atmosphere.
Figure 2011148005

サンプルNo.20〜No.25の金属材それぞれの結晶の平均粒径は、表2に示すとおりである。なお、結晶の平均粒径は、実験例1と同様の方法によって得た。   Sample No. 20-No. Table 2 shows the average crystal grain size of each of the 25 metal materials. The average crystal grain size was obtained by the same method as in Experimental Example 1.

このようにして得たサンプルNo.20〜No.25の金属材それぞれに、表2に示す条件(回転ツールの回転速度、及び回転ツールの移動速度)で、摩擦攪拌接合を行い、接合部位(継手)の引張強度を計測した。なお、摩擦攪拌接合に用いたサンプルNo.20〜No.25の金属材は、厚さ1.6mm、幅30mm、長さ300mmのものである。また、摩擦攪拌接合には、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。   Sample No. obtained in this way. 20-No. Friction stir welding was performed on each of the 25 metal materials under the conditions shown in Table 2 (the rotational speed of the rotating tool and the moving speed of the rotating tool), and the tensile strength of the joint portion (joint) was measured. The sample No. used for friction stir welding was used. 20-No. The metal material 25 has a thickness of 1.6 mm, a width of 30 mm, and a length of 300 mm. For friction stir welding, a rotating tool having a shoulder diameter of 12 mm, a pin diameter of 4 mm, and a pin length of 1.4 mm was used.

また、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。   Moreover, in the tensile test, as shown in FIG. 3, a test piece in which the joining portion J in the stirring portion S crosses the center was used. Each parameter of this test piece is L1: 60mm, W1: 16mm, L2: 10mm, L3: 7.5mm, L4: 25mm, W2 = 12mm, R = 15mm. The test piece was subjected to a tensile test at a tensile speed of 1 mm / min at room temperature using a tensile tester manufactured by INSTRON.

図7及び図8に実験例2にかかる金属材の引張強度を示す。図7には、サンプルNo.20〜No.25の金属材の粒径と引張強度の関係が示されている。図7に示すように、IF鋼は、その結晶粒径が、0.6μm以上7.0μm以下である場合に、接合部位の強度が向上されることが確認された。また、IF鋼は、その結晶粒径が、1.0μm以上2.2μm以下である場合に、接合部位の強度が更に向上されることが確認された。   7 and 8 show the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 2. FIG. In FIG. 20-No. The relationship between the particle size of 25 metal materials and tensile strength is shown. As shown in FIG. 7, it was confirmed that the IF steel has an improved strength at the bonded portion when the crystal grain size is 0.6 μm or more and 7.0 μm or less. In addition, it was confirmed that the strength of the joint portion of IF steel is further improved when the crystal grain size is 1.0 μm or more and 2.2 μm or less.

図8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8には、サンプルNo.20〜No.25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8に示すように、IF鋼は、575℃以上650℃以下、特に575℃以上625℃以下に加熱されることによって、その接合部位の強度が向上されることが確認された。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the tensile strength of the metal material according to Experimental Example 2. In FIG. 20-No. The relationship between the heating temperature of 25 metal materials and tensile strength is shown. As shown in FIG. 8, it was confirmed that the IF steel was heated to 575 ° C. or more and 650 ° C. or less, particularly 575 ° C. or more and 625 ° C. or less, whereby the strength of the joint portion was improved.

1a,1b…金属材、10…回転ツール、11…ピン、12…ショルダー。   1a, 1b ... metal material, 10 ... rotating tool, 11 ... pin, 12 ... shoulder.

Claims (2)

摩擦攪拌接合用の金属材であって、
当該金属材は、JIS H 4000に規定のA6N01のアルミニウム材であり、
当該アルミニウム材の結晶粒の平均粒径が、1.76μm以下である、
ことを特徴とする金属材。
A metal material for friction stir welding,
The metal material is an A6N01 aluminum material defined in JIS H 4000,
The average grain size of the crystal grains of the aluminum material is 1.76 μm or less.
A metal material characterized by that.
150℃以上225℃以下に加熱されていることを特徴とする請求項1に記載の金属材。   The metal material according to claim 1, wherein the metal material is heated to 150 ° C. or more and 225 ° C. or less.
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