JP3395962B2 - 黒鉛系鋳鉄材の摩擦接合方法 - Google Patents
黒鉛系鋳鉄材の摩擦接合方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は鋳鉄系の接合、すな
わち、鋳鉄系同士、鋳鉄系と鉄鋼系および鋳鉄系と非鉄
系の非溶解による接合に係る。
わち、鋳鉄系同士、鋳鉄系と鉄鋼系および鋳鉄系と非鉄
系の非溶解による接合に係る。
【０００２】
【従来の技術】鋳鉄材の溶融、溶解による接合は鉄鋼に
比べると遥かに困難であり、事実上、実施を阻まれてい
るケースが多い。その主な理由は鋳鉄を溶融状態から急
冷すると、白鋳鉄、なわわち、セメンタイト系共晶体が
できやすく、チル組織は硬度が高い一面、きわめて脆
く、機械的強度がきわめて低いために構造的な部材とし
ては使用し難いということによる。
比べると遥かに困難であり、事実上、実施を阻まれてい
るケースが多い。その主な理由は鋳鉄を溶融状態から急
冷すると、白鋳鉄、なわわち、セメンタイト系共晶体が
できやすく、チル組織は硬度が高い一面、きわめて脆
く、機械的強度がきわめて低いために構造的な部材とし
ては使用し難いということによる。
【０００３】一方接合材を溶融しないで接合する摩擦接
合（圧接）という方式も開発されている。これは接合面
を突き合わせて機械的に相対運動を行わせ、摩擦力を熱
源として利用する接合法である。すなわち金属材料を原
子レベルまで近接させて接合するには非常に大きな力が
必要なので、材料の変形抵抗を低下させるため材料同士
を圧接して摩擦力を発生させ、機械エネルギーを熱エネ
ルギーに変換する原理である。接合面に摩擦力のため溶
融した液相が生成しても軸方向へ押し込む力（寄り代）
と回転力によってはみ出し、一部はバリとして排出され
るので界面には凝固組織が残らない。したがって摩擦接
合は一種の固相接合として分類される。
合（圧接）という方式も開発されている。これは接合面
を突き合わせて機械的に相対運動を行わせ、摩擦力を熱
源として利用する接合法である。すなわち金属材料を原
子レベルまで近接させて接合するには非常に大きな力が
必要なので、材料の変形抵抗を低下させるため材料同士
を圧接して摩擦力を発生させ、機械エネルギーを熱エネ
ルギーに変換する原理である。接合面に摩擦力のため溶
融した液相が生成しても軸方向へ押し込む力（寄り代）
と回転力によってはみ出し、一部はバリとして排出され
るので界面には凝固組織が残らない。したがって摩擦接
合は一種の固相接合として分類される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】摩擦接合はこのように
溶接棒などが不用だし、異種材料の接合が可能であり、
作業能率、材料費、工数などの利点は大きい。しかし鋳
鉄系材料に適用する場合にはとくに注意すべき要素があ
る。それは鋳鉄系材料が他の金属材料と際立った違いを
持つこと、すなわち大量のＣを含み黒鉛という形で遊離
析出しているが、溶融点付近の冷却条件によって著しく
異なる挙動を示して組織を変態させ、機械的性質を一変
する特性があるからである。溶融点近くまで摩擦力で温
度が上昇する摩擦接合において、黒鉛の挙動が重大な影
響を与えることは容易に想像されるが、一般に次の傾向
が避け難いとされている。
溶接棒などが不用だし、異種材料の接合が可能であり、
作業能率、材料費、工数などの利点は大きい。しかし鋳
鉄系材料に適用する場合にはとくに注意すべき要素があ
る。それは鋳鉄系材料が他の金属材料と際立った違いを
持つこと、すなわち大量のＣを含み黒鉛という形で遊離
析出しているが、溶融点付近の冷却条件によって著しく
異なる挙動を示して組織を変態させ、機械的性質を一変
する特性があるからである。溶融点近くまで摩擦力で温
度が上昇する摩擦接合において、黒鉛の挙動が重大な影
響を与えることは容易に想像されるが、一般に次の傾向
が避け難いとされている。
【０００５】図３は従来技術における摩擦接合の各段階
毎の経過を模式的に表したものである。一方の接合材１
０１はＦＣＤの中実の丸棒、他方の接合材１０２は同径
のＳ２０Ｃの中実丸棒で、高速回転作用を具えた摩擦接
合機の駆動側へ連結している。図（Ａ）は材料装着段階
を示し、両者の接合面１１１，１２１は全面に亘って密
着している。
毎の経過を模式的に表したものである。一方の接合材１
０１はＦＣＤの中実の丸棒、他方の接合材１０２は同径
のＳ２０Ｃの中実丸棒で、高速回転作用を具えた摩擦接
合機の駆動側へ連結している。図（Ａ）は材料装着段階
を示し、両者の接合面１１１，１２１は全面に亘って密
着している。
【０００６】図（Ｂ）は摩擦接合の段階を示し、最初接
合面付近には摩擦力により基地がはげしく塑性流動し、
黒鉛が微細な形状の分布状態（ＡＳＴＭのＤ型に分類さ
れる）に変形した黒鉛変形層１０３が生成する。次に両
者の接合面は摩擦により急速に温度が上昇し、それぞれ
ある範囲にわたって内部へ熱影響部１１２，１２２を形
成する。
合面付近には摩擦力により基地がはげしく塑性流動し、
黒鉛が微細な形状の分布状態（ＡＳＴＭのＤ型に分類さ
れる）に変形した黒鉛変形層１０３が生成する。次に両
者の接合面は摩擦により急速に温度が上昇し、それぞれ
ある範囲にわたって内部へ熱影響部１１２，１２２を形
成する。
【０００７】図（Ｃ）は摩擦過程が終了した状態であ
り、正にアプセット過程に切り替わる直前の接合面付近
の性状であって、界面の温度はさらに上昇して黒鉛変形
層１０３の外周側は溶融を始めて液相１０４に変わり飛
散する。
り、正にアプセット過程に切り替わる直前の接合面付近
の性状であって、界面の温度はさらに上昇して黒鉛変形
層１０３の外周側は溶融を始めて液相１０４に変わり飛
散する。
【０００８】この状態で軸方向に強力な静的押圧力（ア
プセット）が負荷すると、図（Ｃ）では液相とならなか
った中央の軸線周辺の黒鉛変形層１０３が，はみ出すほ
どの流動性もなくそのまま接合面の中央付近に閉じ込め
られて残留する。
プセット）が負荷すると、図（Ｃ）では液相とならなか
った中央の軸線周辺の黒鉛変形層１０３が，はみ出すほ
どの流動性もなくそのまま接合面の中央付近に閉じ込め
られて残留する。
【０００９】図（Ｄ）におけるバリ１０５は外周部の液
相が排出されたもので、接合部分の材力にとくに影響を
及ぼすことはない。また低Ｃ鋼である一方の接合材１０
２には接合材１０１から浸透してきた炭素拡散層１２３
ができるが、これも材力を左右するほどの悪影響はな
い。
相が排出されたもので、接合部分の材力にとくに影響を
及ぼすことはない。また低Ｃ鋼である一方の接合材１０
２には接合材１０１から浸透してきた炭素拡散層１２３
ができるが、これも材力を左右するほどの悪影響はな
い。
【００１０】しかし中央に残った黒鉛変形層１０３の中
の黒鉛は、機械的強度に最も影響のある接合面付近で接
合面に平行に存在するために低い強度の脆い組織となる
のが通則であるから、外力が集中して破断の原因となる
欠陥部になる可能性が極めて高い。
の黒鉛は、機械的強度に最も影響のある接合面付近で接
合面に平行に存在するために低い強度の脆い組織となる
のが通則であるから、外力が集中して破断の原因となる
欠陥部になる可能性が極めて高い。
【００１１】鋳鉄系素材と他の鋳鉄系素材、または鋼材
との摩擦接合については、いくつかの従来技術が主に車
両関係の大型鋳造品について開示されている。たとえば
特開平５−２３８７４号では、図４のようにアクスルハ
ウジング本体２０１を球状黒鉛鋳鉄で製作して鋼管製の
アクスルエンドパイプ２０２と摩擦接合によって一体化
するために、両部材の接合端の何れか一方を突条のテー
パー面２０３に、他方を凹状のテーパー面２０４に形成
して接合面積を増大して接合強度を向上させると謳って
いる。この場合、たとえば両部材の受圧面を軸方向へ４
５°の角度のテーパー面によって形成すれば、受圧面は
√２倍、すなわち、ほぼ１．４倍に増加することにな
る。
との摩擦接合については、いくつかの従来技術が主に車
両関係の大型鋳造品について開示されている。たとえば
特開平５−２３８７４号では、図４のようにアクスルハ
ウジング本体２０１を球状黒鉛鋳鉄で製作して鋼管製の
アクスルエンドパイプ２０２と摩擦接合によって一体化
するために、両部材の接合端の何れか一方を突条のテー
パー面２０３に、他方を凹状のテーパー面２０４に形成
して接合面積を増大して接合強度を向上させると謳って
いる。この場合、たとえば両部材の受圧面を軸方向へ４
５°の角度のテーパー面によって形成すれば、受圧面は
√２倍、すなわち、ほぼ１．４倍に増加することにな
る。
【００１２】黒鉛による金属溶着の疎外を防止するため
に、この従来技術ではアクスルハウジング本体を鋳造す
るときに、あらかじめ冷し金によって接合部を急冷チル
化し、析出黒鉛を出さずにセメンタイト組織にしておく
としている。特開平５−１６６０５号も同旨の従来技術
であり、摩擦接合の際、接合面に黒鉛が析出しないよう
に鋳造して充分な強度が得られるようにしたと報告して
いる。
に、この従来技術ではアクスルハウジング本体を鋳造す
るときに、あらかじめ冷し金によって接合部を急冷チル
化し、析出黒鉛を出さずにセメンタイト組織にしておく
としている。特開平５−１６６０５号も同旨の従来技術
であり、摩擦接合の際、接合面に黒鉛が析出しないよう
に鋳造して充分な強度が得られるようにしたと報告して
いる。
【００１３】しかしチル層は周知のようにきわめて脆弱
な組織であり、後の摩擦接合過程において加熱されても
本来の脆さが完全に解消するとは考え難く、接合部を横
断する脆弱なチル層の存在には懸念を挟まざるを得な
い。
な組織であり、後の摩擦接合過程において加熱されても
本来の脆さが完全に解消するとは考え難く、接合部を横
断する脆弱なチル層の存在には懸念を挟まざるを得な
い。
【００１４】一方、特開平９−８５４６９号の従来技術
は、接合部にチルが存在しない鋳鉄系鉄部材の摩擦接合
の改善を指向し、摩擦接合に際して摩擦圧力を低くと
り、摩擦時間を長く設定することによって、材料の接合
部を中心とする温度勾配を緩やかにする。その後のアプ
セット圧力を大きくして溶融層を外部に押し出して排除
し、接合面がほとんど個相接合に近い状態を確保したと
謳っている。
は、接合部にチルが存在しない鋳鉄系鉄部材の摩擦接合
の改善を指向し、摩擦接合に際して摩擦圧力を低くと
り、摩擦時間を長く設定することによって、材料の接合
部を中心とする温度勾配を緩やかにする。その後のアプ
セット圧力を大きくして溶融層を外部に押し出して排除
し、接合面がほとんど個相接合に近い状態を確保したと
謳っている。
【００１５】しかし、この従来技術の対象となる製品は
ブレーキロータ、ブレーキドラムなど大部分が中空パイ
プ状の製品であり、接合面もリング状となっているか
ら、内外周の周速度の差が摩擦力の差として働き発熱量
も一定の傾斜があるから、温度の勾配と相変化が連続的
に繋がり発生した黒鉛変形層の移動がスムースに行わ
れ、接合面外へ容易に排出されることは出願人事前のテ
ストでも確認されている。
ブレーキロータ、ブレーキドラムなど大部分が中空パイ
プ状の製品であり、接合面もリング状となっているか
ら、内外周の周速度の差が摩擦力の差として働き発熱量
も一定の傾斜があるから、温度の勾配と相変化が連続的
に繋がり発生した黒鉛変形層の移動がスムースに行わ
れ、接合面外へ容易に排出されることは出願人事前のテ
ストでも確認されている。
【００１６】しかし本発明がとくに困難性を指摘する中
実丸棒間の摩擦接合については、外周ほど摩擦力が大量
に発生し、軸線に近づくにつれて急減することは本質的
に避けられないから、外周側の黒鉛変形層は容易に排出
されるが軸線付近の中央に残った黒鉛変形層を排出する
手段がきわめて難しいという課題がある。
実丸棒間の摩擦接合については、外周ほど摩擦力が大量
に発生し、軸線に近づくにつれて急減することは本質的
に避けられないから、外周側の黒鉛変形層は容易に排出
されるが軸線付近の中央に残った黒鉛変形層を排出する
手段がきわめて難しいという課題がある。
【００１７】本発明は以上のようにすべての従来技術で
も解決できない課題を解決するために、とくに中実丸棒
形状の黒鉛系鋳鉄であっても無欠陥で強力に接合する摩
擦接合の方法を提供する。
も解決できない課題を解決するために、とくに中実丸棒
形状の黒鉛系鋳鉄であっても無欠陥で強力に接合する摩
擦接合の方法を提供する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る黒鉛系鋳鉄
の摩擦接合方法は、接合すべき接合材の少なくとも一方
は黒鉛を析出した各種鋳鉄系材料、他は同一、または異
種の黒鉛系鋳鉄、非鋳鉄系の各種鉄鋼材料もしくは非鉄
系金属材料よりなり、少なくとも何れか一方の接合材１
の接合面１１の断面を回転軸中心を頂点とし円周方向へ
傾斜する凹開先１３で形成して他方の接合材２の接合面
２１との間に同形の空隙ボイド１０を介して突き合せ、
何れか一方の接合材を固定し他方を同軸で高速回転し、
摩擦過程の初期で相互に接触する外周側から摩擦力が発
生して摩擦軟化した黒鉛変形層３が生成し、該黒鉛変形
層３は同終期までに全量が接合面外へ排出されて飛散消
失し、この間に生成した摩擦寄り代が前記空隙ボイド１
０を圧縮して摩擦面が増大し、該過程の最終段階に空隙
ボイド１０の頂点１２が摩擦寄り代に押し込められ消失
して接合材１、２は全面的に圧着した状態において前記
高速回転を停止し、直ちにアプセット過程に入り、軸方
向のアプセット力によって無欠陥で接合母材より強靱化
された基地よりなる接合面を形成することによって前記
の課題を解決した。
の摩擦接合方法は、接合すべき接合材の少なくとも一方
は黒鉛を析出した各種鋳鉄系材料、他は同一、または異
種の黒鉛系鋳鉄、非鋳鉄系の各種鉄鋼材料もしくは非鉄
系金属材料よりなり、少なくとも何れか一方の接合材１
の接合面１１の断面を回転軸中心を頂点とし円周方向へ
傾斜する凹開先１３で形成して他方の接合材２の接合面
２１との間に同形の空隙ボイド１０を介して突き合せ、
何れか一方の接合材を固定し他方を同軸で高速回転し、
摩擦過程の初期で相互に接触する外周側から摩擦力が発
生して摩擦軟化した黒鉛変形層３が生成し、該黒鉛変形
層３は同終期までに全量が接合面外へ排出されて飛散消
失し、この間に生成した摩擦寄り代が前記空隙ボイド１
０を圧縮して摩擦面が増大し、該過程の最終段階に空隙
ボイド１０の頂点１２が摩擦寄り代に押し込められ消失
して接合材１、２は全面的に圧着した状態において前記
高速回転を停止し、直ちにアプセット過程に入り、軸方
向のアプセット力によって無欠陥で接合母材より強靱化
された基地よりなる接合面を形成することによって前記
の課題を解決した。
【００１９】図１は本発明の基本的な作用を模式的に表
したものである。図（Ａ）は固定側のＳ２０Ｃの接合材
２と、回転側のＦＣＤの接合材１とをそれぞれの接合面
１１，２１で突き合わせた状態であり、接合１の接合面
１１は断面がほぼ鈍角三角形よりなる凹開先１３を形成
して、その頂点１２を頂点とするほぼ円錐状の空隙ボイ
ド１０を隔てて他方の接合面２１と対向している。
したものである。図（Ａ）は固定側のＳ２０Ｃの接合材
２と、回転側のＦＣＤの接合材１とをそれぞれの接合面
１１，２１で突き合わせた状態であり、接合１の接合面
１１は断面がほぼ鈍角三角形よりなる凹開先１３を形成
して、その頂点１２を頂点とするほぼ円錐状の空隙ボイ
ド１０を隔てて他方の接合面２１と対向している。
【００２０】図（Ｂ）は摩擦過程の初期段階の状態で相
互に接触する外周側から摩擦力が発生して順次内部へ伝
播し、摩擦軟化した高熱側には黒鉛変形層３が生成し、
上昇した接合面の温度が両側の内部へ伝達して熱影響部
１４，２２を形成する。
互に接触する外周側から摩擦力が発生して順次内部へ伝
播し、摩擦軟化した高熱側には黒鉛変形層３が生成し、
上昇した接合面の温度が両側の内部へ伝達して熱影響部
１４，２２を形成する。
【００２１】図（Ｃ）は摩擦接合がさらに進行する過程
において生成した黒鉛変形層３が、外周の外側へ推力と
トルクで押し出され、この過程で加わる推力とトルクに
より摩擦寄り代が生成し接合面に残る空隙ボイド１０を
圧縮して有効な摩擦面が増大し接合は全面に急速に波及
する。
において生成した黒鉛変形層３が、外周の外側へ推力と
トルクで押し出され、この過程で加わる推力とトルクに
より摩擦寄り代が生成し接合面に残る空隙ボイド１０を
圧縮して有効な摩擦面が増大し接合は全面に急速に波及
する。
【００２２】図（Ｄ）は摩擦接合の最終段階であり、ア
プセット過程の直前の状態を示す。図（Ｃ）で接合面の
外周外へ押し出された黒鉛変形層３は外周へ飛散して消
失し、空隙ボイド１０の頂点１２は軸方向に圧縮する摩
擦寄り代に押し込められて消失し、接合材１と接合材２
とは全面的に圧着した状態となっている。
プセット過程の直前の状態を示す。図（Ｃ）で接合面の
外周外へ押し出された黒鉛変形層３は外周へ飛散して消
失し、空隙ボイド１０の頂点１２は軸方向に圧縮する摩
擦寄り代に押し込められて消失し、接合材１と接合材２
とは全面的に圧着した状態となっている。
【００２３】この状態で接合材１の高速回転を停止し直
ちにアプセット過程に入る。接合面は摩擦力の大小によ
って軸線から外周側へ高温に傾斜する温度勾配からな
り、逆に外周面からの放熱作用もバランスして軟化また
は溶融寸前の状態となっているから、軸方向の強いアプ
セット力によって全面的に接合面は寄り合って圧着し、
溶融乃至溶融寸前に軟化した接合面１１の一部は外周面
から外側へはみ出して急冷されバリ１５を形成する。
ちにアプセット過程に入る。接合面は摩擦力の大小によ
って軸線から外周側へ高温に傾斜する温度勾配からな
り、逆に外周面からの放熱作用もバランスして軟化また
は溶融寸前の状態となっているから、軸方向の強いアプ
セット力によって全面的に接合面は寄り合って圧着し、
溶融乃至溶融寸前に軟化した接合面１１の一部は外周面
から外側へはみ出して急冷されバリ１５を形成する。
【００２４】
【発明の実施の形態】表１以下は本発明の実施結果をま
とめたものである。図２はこの実施に対する摩擦接合装
置の圧接パラメーターを示し、装置は我が国で最も多用
されているブレーキ形式摩擦圧接機を適用した。摩擦接
合過程としては 予備摩擦圧力：Ｐ0 、Ｔ0 摩擦圧力：Ｐ1 、Ｔ1 アプセット圧力：Ｐ2 、Ｔ2 がある。各パラメーターは 予備摩擦圧力：Ｐ0 、予備摩擦時間：Ｔ0 摩擦圧力：Ｐ1 、摩擦時間：Ｔ1 アプセット圧力：Ｐ2 、アプセット時間：Ｔ2 回転数（ｒｐｍ）：Ｎ 寄り代とは摩擦過程中に両素材の軸方向に生じた損耗量
（ｍｍ）を示す。予備摩擦は摩擦接合機の主軸や素材の
掴み部の急激なトルクの負荷による損傷損耗を防ぐため
の短時間低圧運転を指す。
とめたものである。図２はこの実施に対する摩擦接合装
置の圧接パラメーターを示し、装置は我が国で最も多用
されているブレーキ形式摩擦圧接機を適用した。摩擦接
合過程としては 予備摩擦圧力：Ｐ0 、Ｔ0 摩擦圧力：Ｐ1 、Ｔ1 アプセット圧力：Ｐ2 、Ｔ2 がある。各パラメーターは 予備摩擦圧力：Ｐ0 、予備摩擦時間：Ｔ0 摩擦圧力：Ｐ1 、摩擦時間：Ｔ1 アプセット圧力：Ｐ2 、アプセット時間：Ｔ2 回転数（ｒｐｍ）：Ｎ 寄り代とは摩擦過程中に両素材の軸方向に生じた損耗量
（ｍｍ）を示す。予備摩擦は摩擦接合機の主軸や素材の
掴み部の急激なトルクの負荷による損傷損耗を防ぐため
の短時間低圧運転を指す。
【００２５】表１はＳ２０Ｃ側へ開先３°と一定に保
ち、アプセット圧力Ｐ2を３０〜１２０ＭＰａの間で変
化した実施形態１〜５の成績を示す。
ち、アプセット圧力Ｐ2を３０〜１２０ＭＰａの間で変
化した実施形態１〜５の成績を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表２はＳ２０Ｃ側の開先を２０°と一定に
保ち、アプセット圧力Ｐ2を３０〜１５０ＭＰa変化した
実施形態６〜１０のデータである。
保ち、アプセット圧力Ｐ2を３０〜１５０ＭＰa変化した
実施形態６〜１０のデータである。
【００２８】
【表２】
【００２９】表３は開先を３°、Ｐ1を３０ＭＰa、Ｐ2
を８０ＭＰaと一定に維持し、摩擦過程の時間Ｔ1だけを
２０〜６０秒に変化した実施形態１１〜１５のデータで
ある。
を８０ＭＰaと一定に維持し、摩擦過程の時間Ｔ1だけを
２０〜６０秒に変化した実施形態１１〜１５のデータで
ある。
【００３０】
【表３】
【００３１】現在までのテスト結果では、開先の角度が
３°または２０°でも引っ張り強度自体には顕著な差が
認められない。
３°または２０°でも引っ張り強度自体には顕著な差が
認められない。
【００３２】表４は同じ条件で全く凹開先を設けないで
行った従来技術を比較例として示したものである。
Ｐ1、Ｔ1、Ｔ2を標準値に一定化し、Ｐ2だけを５０〜１
５０ＭＰaの間で変動してその傾向を検索したものであ
る。
行った従来技術を比較例として示したものである。
Ｐ1、Ｔ1、Ｔ2を標準値に一定化し、Ｐ2だけを５０〜１
５０ＭＰaの間で変動してその傾向を検索したものであ
る。
【００３３】
【表４】
【００３４】表４の従来技術は何れの数値も大幅に本発
明の実施形態より低いレベルの強度しか記録されない事
実が明確に認められる。別の特徴として破断箇所がすべ
て界面（接合面）にあり、従来技術で述べたように接合
面の軸線付近の中央に異物とも言うべき欠陥組織（黒鉛
変形層）が生成したまま外へ排出されずに閉じ込めら
れ、接合部の強度を大幅に劣化させていることを傍証し
ている。これに反し本発明の実施形態では、界面の破断
が一例もなく、すべて母材（ＦＣＤ）または熱影響部よ
り破断していることは、健全で母材よりもむしろ強靱化
された基地よりなる接合面の状態を立証したものと解釈
される。
明の実施形態より低いレベルの強度しか記録されない事
実が明確に認められる。別の特徴として破断箇所がすべ
て界面（接合面）にあり、従来技術で述べたように接合
面の軸線付近の中央に異物とも言うべき欠陥組織（黒鉛
変形層）が生成したまま外へ排出されずに閉じ込めら
れ、接合部の強度を大幅に劣化させていることを傍証し
ている。これに反し本発明の実施形態では、界面の破断
が一例もなく、すべて母材（ＦＣＤ）または熱影響部よ
り破断していることは、健全で母材よりもむしろ強靱化
された基地よりなる接合面の状態を立証したものと解釈
される。
【００３５】本発明の実施に当たっては中実の丸棒材を
対象としたが、先に引用した従来技術のような中空タイ
プ製品の適用については、現に試験中であって後日結果
を発表する予定である。従来技術のように肉厚が比較的
薄い製品では、内周側、外周側の発生摩擦力の間に、本
発明における中実材の外周側と軸線間ほどの差はないか
ら、肉厚中央に空隙ボイドを設けなくても黒鉛変形層が
排出されずに残る虞れは少ないと考えられるが、直径の
割合に比べ肉厚の大きい中空品では必ずしもその虞れは
否定できず、肉厚部内に脆弱な黒鉛変形層が取り残され
る危惧はある。
対象としたが、先に引用した従来技術のような中空タイ
プ製品の適用については、現に試験中であって後日結果
を発表する予定である。従来技術のように肉厚が比較的
薄い製品では、内周側、外周側の発生摩擦力の間に、本
発明における中実材の外周側と軸線間ほどの差はないか
ら、肉厚中央に空隙ボイドを設けなくても黒鉛変形層が
排出されずに残る虞れは少ないと考えられるが、直径の
割合に比べ肉厚の大きい中空品では必ずしもその虞れは
否定できず、肉厚部内に脆弱な黒鉛変形層が取り残され
る危惧はある。
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上述べたように従来、実施に
移されてはいるがその冶金組織的に難点があったり、そ
の難点を解消するためには多くの制約を必要とする黒鉛
系鋳鉄同士、または、これと他の鉄鋼材料との接合を、
簡単な加工を追加するだけで完全に満足な強度を維持す
る方法を提起した効果がある。接合面の強度は少なくと
も母材（鋳鉄材）またはその熱影響部の強度を超え、健
全で無欠陥の強靱組織で形成するように調整自由であ
る。このような手法は他の従来技術には一切、見出すこ
とができず、煩瑣な種々の予備工作や厳しい前提条件を
必要としないから、広い種類の黒鉛系鋳鉄材の全てに対
して適用できる汎用性を具え、鋳造工程と摩擦接合過程
を組み合わせた部品の合理化、コスト低減に大きく貢献
することは論を待たない。
移されてはいるがその冶金組織的に難点があったり、そ
の難点を解消するためには多くの制約を必要とする黒鉛
系鋳鉄同士、または、これと他の鉄鋼材料との接合を、
簡単な加工を追加するだけで完全に満足な強度を維持す
る方法を提起した効果がある。接合面の強度は少なくと
も母材（鋳鉄材）またはその熱影響部の強度を超え、健
全で無欠陥の強靱組織で形成するように調整自由であ
る。このような手法は他の従来技術には一切、見出すこ
とができず、煩瑣な種々の予備工作や厳しい前提条件を
必要としないから、広い種類の黒鉛系鋳鉄材の全てに対
して適用できる汎用性を具え、鋳造工程と摩擦接合過程
を組み合わせた部品の合理化、コスト低減に大きく貢献
することは論を待たない。
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）によって本発明の実施形態の各
段階毎の態様を断面図で示す。
段階毎の態様を断面図で示す。
【図２】本発明実施形態の各段階の圧延サイクルを示
す。
す。
【図３】従来技術の各段階毎の態様を断面図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄで示す。
Ｃ，Ｄで示す。
【図４】従来技術の一例を示す斜視図である。
１ 接合材（ＦＣＤ）
２ 接合材（Ｓ２０Ｃ）
３ 黒鉛変形層
10 空隙ボイド
11 接合面
12 頂点
13 凹開先
14 熱影響部
15 バリ
21 接合面
22 熱影響部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 前川 恵一
大阪市西区北堀江１丁目12番19号 株式
会社栗本鐵工所内
(72)発明者 堀江 皓
岩手県盛岡市北夕顔瀬町10番67号
(72)発明者 黄 文植
岩手県盛岡市上田４丁目17番15号 コー
ポエコー上田207号室
(56)参考文献 特開 昭48−76761（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−141755（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 20/12
Claims (2)
- 【請求項１】 接合すべき接合材の少なくとも一方は黒
鉛を析出した各種鋳鉄系材料、他は同一、または異種の
黒鉛系鋳鉄、非鋳鉄系の各種鉄鋼材料もしくは非鉄系金
属材料よりなり、少なくとも何れか一方の接合材１の接
合面１１の断面を回転軸中心を頂点とし円周方向へ傾斜
する凹開先１３で形成して他方の接合材２の接合面２１
との間に同形の空隙ボイド１０を介して突き合せ、何れ
か一方の接合材を固定し他方を同軸で高速回転し、摩擦
過程の初期で相互に接触する外周側から摩擦力が発生し
て摩擦軟化した黒鉛変形層３が生成し、該黒鉛変形層３
は同終期までに全量が接合面外へ排出されて飛散消失
し、この間に生成した摩擦寄り代が前記空隙ボイド１０
を圧縮して摩擦面が増大し、該過程の最終段階に空隙ボ
イド１０の頂点１２が摩擦寄り代に押し込められ消失し
て接合材１、２は全面的に圧着した状態において前記高
速回転を停止し、直ちにアプセット過程に入り、軸方向
のアプセット力によって無欠陥で接合母材より強靱化さ
れた基地よりなる接合面を形成することを特徴とする黒
鉛系鋳鉄材の摩擦接合方法。 - 【請求項２】 請求項１において、黒鉛系鋳鉄材が球状
黒鉛鋳鉄、ＣＶ鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄、可鍛鋳鉄の何れか
であることを特徴とする黒鉛系鋳鉄材の摩擦接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04375999A JP3395962B2 (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 黒鉛系鋳鉄材の摩擦接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04375999A JP3395962B2 (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 黒鉛系鋳鉄材の摩擦接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000246466A JP2000246466A (ja) | 2000-09-12 |
| JP3395962B2 true JP3395962B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=12672702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04375999A Expired - Lifetime JP3395962B2 (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 黒鉛系鋳鉄材の摩擦接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3395962B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002113583A (ja) * | 2000-10-10 | 2002-04-16 | Kogi Corp | 摩擦圧接方法 |
| PL239029B1 (pl) * | 2016-08-10 | 2021-11-02 | Nittan Valva | Sposób zgrzewania tarciowego i urządzenie do zgrzewania tarciowego |
| CN114160956A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-03-11 | 苏州思萃熔接技术研究所有限公司 | 一种用于高强钢厚壁管材和接头对接的摩擦焊方法 |
| CN115213547B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-11-28 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种采用摩擦焊焊接锅炉集箱接管座角焊缝的方法 |
-
1999
- 1999-02-22 JP JP04375999A patent/JP3395962B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2000246466A (ja) | 2000-09-12 |
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