JP5033423B2 - 圧入接合における熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製要素部品を構成する部材同士の圧入接合における熱処理方法及びこれによる接合構造に関する。

従来、機械構造物を構成する部材を所謂溶接により溶融接合するとき、部材同士が接合した境界を示す接合線は溶融凝固組織を形成する。一般に、金属材料同士を溶接により接合した場合等、両部材の接合線が溶融接合によって形成されたとき、主として凝固組織で形成させるこの接合線を熱処理によって消滅させることは非常に困難である。また、上記溶融凝固組織は、図７に示す拡散焼き鈍しの熱処理（約１１５０℃）を行なわない限り、上記接合線を消滅させることは難しい。このため、通常、溶接による接合部を熱処理することの目的は、残留応力の除去或いは機械的性質の改善などであって、部材同士の金属組織を均質化、一体化させるまでを求めるものではない。特許文献１，２に、部材同士の抵抗溶接、プロジェクション溶接に関する記載がある。

ここで、本件出願人は、先に特許文献３，４において、圧入接合構造を開示した。これは図９(ａ)（ｂ）に示すように、ワークとして、冶具を用いて第一部材２としてのプレート（孔部３が穿設）に第二部材４としての軸体（断面が孔部３と相似形状）を圧入接合するものであり、また他の形態として第一部材としての筒体に第二部材としての筒体を圧入接合するもの等がある。圧入接合で用いられる上記冶具は、上部に円柱状の穴部が設けられたクローム銅製の下型１０と、下部に円柱状の穴部が設けられたクローム銅製の上型１２とを有する。これら下型１０と上型１２とは、それぞれ電極としても機能し両型間に通電可能であり、上型１２は加圧降下する。

圧入の条件として所定の圧入代（ｄ＝第二部材４の外径（Ｄ２）−第一部材２の孔部３の内径（Ｄ１））と、圧入深さ（ｈ＝第二部材４の圧入の深さ）を設定する。接合に際しては、下型１０に上記第一部材２を、上型１２に第二部材４をそれぞれ取り付け、上型１２を一定の加圧力を付勢して押圧し、併せて第一部材２と第二部材４間に通電する。すると、電気抵抗熱の発生とともに第二部材４の圧入が開始され、第二部材４の接合部が第一部材２の孔部３内を降下移動する。この場合、図９（ｂ）に示すように第二部材４が第一部材２の孔部３に圧入され、このとき両部材の接合界面にしごきの作用が生じ、しごき加工による製造工程により圧入接合が行われる。

このとき、第一部材２と第二部材４の接合部６には固相溶接の接合界面８が形成される。図１０（ａ）は上記圧入接合した接合部近傍のマクロ写真であり、同図（ｂ）は接合部の拡大写真である。ここで、同図（ｂ）には上下方向に、接合部の接合界面が形成されているが、この圧入接合では良好な接合が行なわれるため接合界面８は緻密である。

上記接合界面８には第一部材２と第二部材４との各壁面同士の間が滑り方向の移動によりしごかれ、これにより表面の不純物質層が削られて表面が清浄化され、この清浄な組織に固相溶接が行われる。また、本接合にはしごき工程が付加されるため、接合部には大きな塑性変形が発生し、金属組織も結晶粒も砕かれた加工組織となるが、この接合法で与える電気抵抗熱による温度上昇は金属材料を溶融させる程高くないため、これは再結晶することなく残存する。またスポット溶接機による熱処理では加熱能力などを考慮すればこのような再結晶の効果を得ることは非常に難しい。

特開平７−１１５０号公報 特開平８−１７４２３４号公報 特開２００１−３５３６２８ 特開２００４−１１４１４６

また、自動車部品などにおいては、耐磨耗性・強度の向上などの目的で浸炭処理を行うことが多く行われている。しかし、部材同士が溶接された溶接部品を浸炭する場合には、この溶接部に浸炭処理がされないように防炭剤などを塗布又はメッキするような防炭処理を行ってから浸炭処理を行うのが一般的である。

部材同士の溶接部を浸炭処理しないのは、この溶接部にはブローホール・ワレなどの溶接欠陥が生じることがあり、浸炭処理によって溶接部を硬くすることは、靭性低下、応力集中などの強度上の問題が生じるからである。また上記溶接部は、一般的には表面強度を高める必要がない部分であるため、これらのことを考慮して溶接部に浸炭処理がされないように防炭処理を行っている。

さて、上記圧入接合法において、特に浸炭処理材同士の接合を行った場合、この接合時の過熱と終了後の急冷によって、浸炭部の接合部はマルテンサイト組織になり、非常に脆いものとなる。これを防ぐため、脆いマルテンサイト組織から延性のある焼戻しマルテンサイトに変えるため、接合工程以外に同じ溶接機に保持したまま、追加処理として焼戻し通電を行う。

上記焼戻しは、再度、第一部材２と第二部材４との間に焼戻し（熱処理）通電を行って再加熱するものであるが、この熱処理は接合条件と略同じ通電条件であるため、接合線を消滅させることはできない。また、上記接合線があり、不均一な組織が存在する場合には、局部的な腐食電位差を生じて局部的に腐食されることがある。このような場合には、高耐食性の用途に用いることはできない。また、このようなおそれがある製品は高耐圧性、高気密性、延性、靭性などの機能が必要とされる用途にも用いることはできない。このように、接合部が金属学的に一体化されるに至るまでの品質が要求される要素部品については必要となる組織である。

また、溶接部が浸炭されないように上記防炭処理をすることは、製品の機能及び強度を維持するために必要な工程ではなくむしろ不要な工程である。さらに、溶接部は一般的には三次元形状を有しており、防炭処理の手間等を考慮するとかなりの工数と費用を要するという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、優れた耐食性、耐圧性、高気密性、延性、靭性などを発揮する要素部材の圧入接合における熱処理方法及び接合構造を提供することを目的とする。

以上の技術的課題を解決するため、本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、第一部材の孔部内に第二部材を所定の圧力で押圧するとともに、これら両部材間に通電して両者の接合部に電気抵抗熱を発生させ、上記第二部材を上記孔部に圧入し、上記第二部材と上記孔部の内壁面部との接合面部に接合界面を形成させ、かつこの接合を固相状態の接合とした圧入接合を行い、上記圧入接合による接合部を加熱保持して焼き鈍しを行い、この熱処理により接合部を分散・消滅させ、上記圧入接合により接合した両部材の接合部における金属組織を一体化又は均質化させることである。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、上記第一部材と上記第二部材とを同一材質の材料としたことである。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、上記熱処理の温度を再結晶温度以上としたことである。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、上記材料としてフェライト組織を有する炭素鋼、オーステナイト組織を有する合金鋼、或いはフェライト組織を有する合金鋼を用いたときの上記熱処理の温度をＡ１変態点以上、又は再結晶温度以上としたことである。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、上記加熱保持する時間を１時間以上としたことである。また、本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、上記熱処理の温度を拡散焼き鈍しの温度以下としたことである。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、第一部材の孔部内に第二部材を所定の圧力で押圧するとともに、これら両部材間に通電して両者の接合部に電気抵抗熱を発生させ、上記第二部材を上記孔部に圧入し、上記第二部材と上記孔部の内壁面部との接合面部に接合界面を形成させ、かつこの接合を固相状態の接合とした圧入接合を行い、上記圧入接合された第一部材及び第二部材を加熱保持して浸炭を行い、この熱処理により両部材の表面層を焼入硬化させ、かつ上記圧入接合により接合した両部材の接合部における金属組織を一体化又は均質化させることである。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、上記第一部材と第二部材との接合部に防炭処理を行うことなく、上記浸炭により上記接合部を含めた両部材の表面層を焼入硬化させることである。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法は、上記第一部材及び第二部材の材料として、一般加工用鋼材、ステンレス鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、又はチタンを用いたことである。

本発明に係る圧入接合における接合構造は、上記何れかに記載の圧入接合における熱処理方法により接合された上記第一部材及び第二部材からなる構成である。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法によれば、第一部材の孔部内に第二部材を固相状態に接合した圧入接合を行い、かつ接合部を焼鈍により熱処理し、再結晶温度以上の温度で加熱保持することにより接合部を分散・消滅させることとしたから、接合部における金属組織の一体化又は均質化が図れて良質な焼き鈍しが行なえ、また第一部材と第二部材との間に腐食電位差を生じさせないで良好な耐食性が得られ、さらに耐圧性等において優れた品質の接合構造が得られるという効果がある。また、この焼き鈍しは一般の拡散焼き鈍し温度と比べて低い温度で行なえることから、接合部以外の母材部の金属結晶の粗大化を防ぐことができ、材料強度の低下、靭性の低下等を防止することができる、という優れた効果を有する。また、接合界面が清浄化されて接合が良好に行われて強度的にも優れた効果がある。

本発明に係る圧入接合における熱処理方法によれば、第一部材の孔部内に第二部材を固相状態に接合した圧入接合を行い、かつ浸炭により両部材の表面層を焼入硬化させ接合部における金属組織を一体化させることとしたから、接合構造部材の表面層は硬度が高く、かつ全体として靭性に優れて強度が向上し、また接合部における金属組織の一体化又は均質化が図れ、さらに接合部は母材に極めて近い性質であることから、接合部についても母材の部分と同程度の均一な浸炭深さの浸炭層が形成され、優れた品質の接合構造部材が得られるという効果がある。また、第一部材と第二部材との接合部に防炭処理を行なわなくても全体に良好な浸炭処理が行えることから、防炭処理工程を省略することができ省力化が図れてコスト低減に寄与する。

本発明の実施の形態に係り、第一の材料を用いた圧入接合構造を示す図であり（ａ）は平面図、(ｂ)はＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態に係り、第二の材料を用いた圧入接合構造を示す図であり（ａ）は平面図、(ｂ)はＢ−Ｂ断面図である。 実施の形態に係り、試験（i）における圧入接合部の金属顕微鏡写真を示したものであり、（ａ）は低倍率（２２．５倍）で接合部全体を観察したものであり、（ｂ）は高倍率（１００倍）で接合部のミクロ組織を観察したものである。 実施の形態に係り、試験（ii）における圧入接合部の金属顕微鏡写真を示したものであり、（ａ）は低倍率（２２．５倍）で接合部全体を観察したものであり、（ｂ）は高倍率（１００倍）で接合部のミクロ組織を観察したものである。 実施の形態に係り、試験（iii）の焼き鈍しの熱処理を行なった後の圧入接合部の金属顕微鏡写真を示したものであり、（ａ）は低倍率（３７．５倍）で接合部全体を観察したものであり、（ｂ）は高倍率（４００倍）で接合部のミクロ組織を観察したものである。 実施の形態に係り、試験（iv）における圧入接合部の金属顕微鏡写真を示したものであり、（ａ）は低倍率（３７．５倍）で接合部全体を観察したものであり、（ｂ）は高倍率（４００倍）で接合部のミクロ組織を観察したものである。 ＦｅＣ系状態図における焼きなましの温度範囲を示す図である。（（社）日本鉄鋼協会：棒鋼・線材マニュアルより） 本発明の第二の実施の形態に係り、浸炭による熱処理を行った後の圧入接合部の金属顕微鏡写真（中央上寄りの黒い円形部分はバリ収納用の溝部）を示したものである。 従来例に係り、（ａ）は圧入接合法の説明図、(ｂ)は圧入後の状態を示す図である。 圧入接合における接合部の金属顕微鏡写真を示したものであり、（ａ）は低倍率で接合部全体を観察したもの（中央上寄りの黒い円形部分はバリ収納用の溝部）、（ｂ）は高倍率で接合部のミクロ組織を観察したものである。

以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
この実施の形態に係る圧入接合において、基本的な圧入接合に係る工程及び作用は上記従来技術の欄で説明したのと同様であり、ここでの詳しい説明は省略する。

先ず、第一の実施の形態に係る圧入接合における熱処理について説明する。図１は、第一の材料としてオーステナイト系のステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）を用いた圧入接合構造を示す。これは第一部材としてのプレート２２の円形の孔部２３に、第二部材としての円柱状の軸体２４を圧入接合したものであり、各部材の材料にはともに上記ＳＵＳ３０４である。この材料は、一般には溶接が難しいものである。なお、ステンレス鋼を用いたのは、この材料が耐食性を要求される部品などに用いられるため、耐食材料についての検討を試みるためである。また、耐蝕性を必要とする部材においては、組織の不均一、接合線の存在などは好ましくない。この圧入接合については、上記孔部２３の直径を９．３ｍｍとし、圧入代（ｄ）を０．５ｍｍ、また圧入深さ（ｈ）を４．５ｍｍとした。

上記部材の圧入接合では、上述したように一定の加圧力、一定の降下速度で圧入が行われ、瞬時に接合部が発熱され短時間で軸体２４の先端部はプレート２２の孔部２３に圧入され接合を完了する。このとき、軸体２４とプレート２２の孔部２３との間には固相溶接の接合界面が形成される。固相溶接においては、その接合面に清浄な表面組織が得られていることが、接合の良否を左右する。

この実施の形態に係る圧入接合によれば、上記接合界面にはプレートと軸体との各壁面同士の間が滑り方向の移動によりしごかれ、これにより表面の不純物質層が削られて表面が清浄化され、この清浄な組織に固相溶接が行われる。そして、圧入の完了後、冷却により接合部の母材の硬さが回復して強固に接合する。

図２は、第二の材料としてクロムモリブデン鋼（例えばＳＣＭ４１５）を用いた圧入接合構造を示す。これは第一部材としての円形の筒体２６孔部２７に、第二部材として円形の中実又は中空の軸体２８を圧入接合したものであり、各部材の材料にはともに上記ＳＣＭ４１５である。なお、クロムモリブデン鋼を用いたのはこの材料が耐圧強度を要求される容器、パイプなどに用いられるため、耐圧材料についての検討試みるためである。この圧入接合については、上記孔部２７の直径を１２．０ｍｍとし、圧入代（ｄ）を０．２ｍｍ、また圧入深さ（ｈ）を２．１ｍｍとした。この第二の材料を用いた圧入接合も上記第一の材料の場合と同様に行われ、第一部材の筒体２６と第二部材の軸体２８の接合部との間には固相溶接の接合界面が形成される。

さて、上記何れの材料を用いた圧入接合においても、加圧→通電→圧入→放冷（急冷）の経過をたどる。このように圧入後は、そのまま放冷すれば銅製の電極により急速に冷却が行われる。このため、焼き入れ性の良い材料の圧入接合を行った場合、接合部には焼きが入り材質が脆くなる。この焼きが入る理由として、上記圧入接合では局部的にかつ急激に熱が加わるため、接合部と非接合部との温度勾配は大きくなり、鋼の変態点（Ａ３）以上に加熱された接合部は加熱が途絶されると共に急冷され、マルテンサイト組織に変化するためである。このマルテンサイト組織は、材料の炭素当量の大きさに比例して増加する。

また、上記圧入接合法は、電気抵抗加熱により圧入部材と被圧入部材を加熱軟化させ、圧入部材を加圧圧入により接合する固相接合法である。このため、接合界面がしごき加工され接合部の酸化被膜は排除され酸化被膜は存在しない。また、この圧入接合ではしごき工程によって、接合部には大きな塑性変形が発生し、接合部近傍の組織も塑性変形した加工組織となるが、この実施の形態に係る接合法で与える電気抵抗による温度上昇は材料を溶融させるほど高くないため、この組織は再結晶組織に回復することなく残存する。

そこで、次の工程としてこの実施の形態では、上記圧入接合法を行った部材を取り出し、別工程で接合部に熱処理によるエネルギーを加え、接合線（接合界面）付近の材料の拡散がどの程度行なわれるかを試みる。これらの熱処理は、部材同士を圧入接合した後に通常の加熱炉（または連続炉）による熱処理工程を追加して行う。

ここで、社内試験Ａにより上記第一の材料（オーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４））を用いた圧入接合構造体、及び社内試験Ｂにより第二の材料（クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５））を用いた圧入接合構造体について、所定の条件で焼き鈍しを行なった結果について説明する。

上記社内試験Ａ（ＳＵＳ３０４）では、加熱炉において、二種類の熱処理温度に分けて焼き鈍しの熱処理を行なった。この社内試験Ａの一の試験（i）では温度９００℃のもとで１時間の焼き鈍しの熱処理を行ない、他の試験（ii）では温度１０００℃のもとで１時間の焼き鈍しの熱処理を行なった。ここでの熱処理による加熱後は、放冷により冷却した。

図３（ａ）（ｂ）は、試験（i）の焼き鈍しの熱処理を行なった後の圧入接合部２９の金属顕微鏡写真を示したものである。同図（ａ）は低倍率、同図（ｂ）は高倍率で組織を観察したものである。ここで、試験（i）については、写真に示されるように中央の上下方向に接合部の組織の痕跡が残されている。図４（ａ）（ｂ）は、試験（ii）の焼き鈍しの熱処理を行なった後の圧入接合部２９の金属顕微鏡写真を示したものであり、同図（ａ）は低倍率、同図（ｂ）は高倍率で組織を観察したものである。この試験（ii）については、写真に示されるように接合部の組織は略消滅し、一様な再結晶構造を形成している。

一般に、オーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の場合、その他の合金元素の含有率によって異なるが、一般的にＮｉ量が８％以上でオーステナイト単層を形成し、温度によって変化しない。このため、この材料は１１００℃程度で固溶体化処理をして用いることが多い。この材料に、塑性加工を加えて焼き鈍しをすれば、これらの温度より低温で再結晶をすることになる。

この原理に基づき、この実施の形態では、上記試験（ii）では再結晶温度近くの１０００℃で熱処理を行なった。この結果、上記図４に示すように、接合線付近の材料が拡散され金属組織が金属学的に一体化又は均質化することが確認できた。また、試験（i）のように、９００℃で加熱保持した場合には、金属組織が一体化するには至っていない。これから、オーステナイト系のステンレス鋼又はステンレス合金鋼における圧入接合の組織については、再結晶温度以上の温度でかつ１時間以上加熱保持することで、接合部の金属組織が一体化又は均質化するといえる。なお、上記何れの材料についても、熱処理の加熱時間は１時間以上で且つ３時間以内が適当である。

上記社内試験Ｂ（ＳＣＭ４１５）では、加熱炉において、二種類の熱処理温度に分けて焼き鈍しの熱処理を行なった。この社内試験Ｂの一の試験（iii）では、温度６００℃のもとで１時間の焼き鈍しの熱処理を行ない、他の試験（iv）では温度７００℃のもとで１時間の焼き鈍しの熱処理を行なった。ここでの熱処理は、高温の焼き鈍しである。また、この熱処理では、加熱後は炉内の自然放冷により冷却した。

図５（ａ）（ｂ）は、試験（iii）の焼き鈍しの熱処理を行なった後の圧入接合部２５の金属顕微鏡写真を示したものである。同図（ａ）は低倍率で接合部全体を観察したものであり、同図（ｂ）は高倍率で接合部のミクロ組織を観察したものである。ここで、試験（iii）については、写真に示されるように中央の上下方向に接合部の組織の痕跡が残されている。

図６（ａ）（ｂ）は、試験（iv）の焼き鈍しの熱処理を行なった後の圧入接合部２５の金属顕微鏡写真を示したものであり、同図（ａ）は低倍率、同図（ｂ）は高倍率で組織を観察したものである。この試験（ii）については、写真に示されるように接合部の組織の痕跡は略消滅し、一様な再結晶構造を形成している。

一般に、鋼材（含、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４１５））では、図７に示すようにＡ１変態点の温度は約７００℃程度である。これから、上記試験（iv）のようにＡ１変態点近くの温度である７００℃で加熱保持した場合には、接合線付近の材料が拡散され金属組織が金属学的に一体化又は均質化することが確認できた。また、試験（iii）のように、Ａ１変態点より１００℃近く低い温度（６００℃）で加熱保持した場合には、金属組織が一体化するには至っていない。

これから、クロムモリブデン鋼における圧入接合の組織については、Ａ１変態点以上の温度でかつ１時間以上加熱保持することで、接合部の金属組織が一体化又は均質化するものといえる。また、再結晶温度以上であっても、加工ひずみのない新しい結晶粒が生まれることから、上記熱処理は再結晶温度以上で加熱保持することで良好に接合部の金属組織が一体化するものと考えられる。また、他の金属材料を上記圧入接合したものについても、上記熱処理を再結晶温度以上で行うことにより接合部の金属組織の一体化が期待できるものと考えられる。なお、金属組織の加工度が大きいほど再結晶温度は低くなる。

上記社内試験から、この実施の形態に係る焼き鈍し温度は、一般の拡散焼き鈍し温度（１１５０℃程度以上）と比べて低い温度で、十分に金属組織の一体化又は均質化が図れることが確認できた。このように、上記実施の形態によれば、低い温度の熱処理により良質な焼き鈍しが行なえることから、接合部以外の母材部の金属結晶の粗大化を防ぐことができる。このためこの実施の形態に係る熱処理では、金属結晶の粗大化による材料強度の低下、靭性の低下等を防止することができる、という優れた効果を有する。上記熱処理の温度が拡散焼き鈍し温度条件の場合には、溶接部以外にも再結晶が行われて結晶の粒径が大きくなり靭性が低下する。

したがって、上記実施の形態に係る圧入接合及び焼鈍による熱処理によれば、接合部における金属組織の一体化又は均質化が図れて良質な焼き鈍しが行なえ、耐食性、耐圧性等において優れた品質の接合構造が得られる。また、この実施の形態では、従来の技術では採用することができなかった、焼き鈍しによる接合部の金属組織の一体化が図れることになり、この実施の形態に係る熱処理技術の優れた特徴である。

加えて、上記圧入接合により、迅速に接合が行えて製造が容易に行えて製造コストが安価で経済性に優れ、また接合が良好に行われて強度的にも優れ、加えて接合を固相状態の溶接としたことから、母材に与える熱影響範囲が少ないことから、高精度な接合が確保され仕上り精度が良い等の効果がある。また、接合部の靭性が確保でき、優れた品質の接合が行えるという効果がある。

なお、上記実施の形態で用いた上記第一部材及び第二部材の形状或いは材料については、上記以外の形状、材料の適用が可能である。第一部材の孔部の形状についても、円形以外の形状についての適用が可能であり、この場合この孔部と第二部材の外形が相似形状であれば両者間に適切な圧入代が確保され、上記と同様の圧入接合及び焼き鈍しが行なえ上記と同様の効果が期待できる。また、各部材の材料として、一般加工用鋼材、自動車用高張力鋼材、その他の金属材料、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＳＵＳと炭素鋼とを組み合わせたもの、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、耐熱鋼、工具鋼、バネ鋼、鋳鉄、快削鋼、構造用鋼、鋼管、線材などの鉄鋼材料、軸受鋼、一般加工用鋼材、圧力容器用鋼材、チタン、アルミニウム、マグネシウムなどの軽金属、軽金属合金等が適用可能である。

次に、第二の実施の形態について説明する。この実施の形態では、第三の材料としてクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）を用い、上記と同様な工程で圧入接合を行い、さらに熱処理として浸炭処理を行う。この第三の材料を用いた圧入接合構造は、図２に示すように、第一部材として円形の筒体の孔部に、第二部材として円形の中実又は中空の軸体を圧入接合したものである。なお、第三の材料としてＳＣＭ４２０を用いたのは、圧入接合後の浸炭処理に好適であるためである。

この圧入接合法は、電気抵抗加熱により加熱軟化させた圧入部材を加圧圧入により接合する固相接合法であるため、接合界面のしごきにより接合部には大きな塑性変形が発生し、接合部近傍の組織も塑性変形した加工組織となる。この接合法では電気抵抗による温度上昇が小さいため、上記組織は再結晶組織に回復することなく残存する。

このように、上記圧入接合による工法の特徴から、接合界面には酸化皮膜などを巻き込んでいないこと、また母材とは成分・組織が異なる溶接金属を含まないことなどを考慮すると、上記接合部は母材に極めて近い性質であることから優れた品質を有する。このため、浸炭処理に際して、上記圧入接合法による部材同士の接合部に防炭処理を行うことの必要性は乏しく、逆に防炭処理が削除できれば製造工程の簡素化が図れる。このためここでの熱処理では、防炭処理をしないで浸炭処理を行った。

そして、上記圧入接合を行った接合構造部材に熱処理として浸炭処理を行い、接合線（接合界面）付近の材料の拡散がどの程度行なわれるか、また接合部における浸炭処理の効果を観察する。この浸炭処理工程では、部材同士を圧入接合した後、接合部の防炭処理は行わずに、バッチ型の浸炭炉を用いてブタン変成によるガス浸炭を行った。

このガス浸炭の処理では、上記接合構造部材を温度９３０℃で３時間浸炭し、その後８４０℃に温度を下げて０．５時間拡散処理を行い、さらに油冷により１５０℃に冷却した。なお、さらに窒化処理の工程を加えると接合構造部材の耐磨耗性等の機械的性質が向上するので有効である。他のガス浸炭法としてピット型浸炭炉を用いる方法、連続式ガス浸炭炉を用いる方法がある。また浸炭処理には、上記ガス浸炭以外に、真空浸炭などの各種の浸炭方法があるが、何れの浸炭法を用いることも可能である。

図８は、上記圧入接合及び浸炭処理を行った後の接合構造部材の金属顕微鏡写真を示したものである。この写真に示すように、接合構造部材は表面層は浸炭により焼き入れ硬化され内部は柔軟な組織のままであり、また接合部は金属組織が均質化されている。この浸炭処理における浸炭の深さは０．５ｍｍ程度である。

また、上記接合構造部材の表面全体にわたって略均一に浸炭層が形成され、接合部についても同様の均一な浸炭層が形成され、母材の部分と同程度の浸炭深さが得られている。上記接合構造部材の接合部では、浸炭処理の加熱によって接合線付近の材料が拡散され金属組織が金属学的に一体化又は均質化していることが確認できる。またこの接合構造部材は、接合部と母材の材質成分が同じであるところから、接合部とこの接合部以外の部分の硬さも変わらない。

この実施の形態に係る接合構造部材の材料としては、加工性の良い低炭素鋼または低炭素合金鋼が好適であり、一般加工用鋼材、その他の金属材料、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＳＵＳと炭素鋼とを組み合わせたもの、機械構造用炭素鋼（ＳＣＭ，ＳＣＲ）、機械構造用合金鋼、構造用鋼、鋼管、線材などの鉄鋼材料、一般加工用鋼材（Ｓ１５Ｃ）、チタン等が適用可能である。

従って上記実施の形態に係る圧入接合及び浸炭による熱処理によれば、接合構造部材の表面層は母材と同等の浸炭層が得られるため、全体として靭性に優れて強度が向上するとともに、浸炭処理を行う際に防炭処理を施す必要がなく、このため製造工程を省略することができコスト低減にも寄与する。

符号の説明

２２，２６ 第一部材
２３，２７ 孔部
２４，２８ 第二部材

Claims (1)

1. 孔部を有する第一部材と、
   この第一の部材との間に所定の圧入代を有し、上記第一部材と同一材質の材料からなる第二部材とを用い、
   上記第一部材の孔部を円形に形成する一方、上記第二部材を円形の軸体に形成し、
   上記材料としてフェライト組織を有する炭素鋼、オーステナイト組織を有する合金鋼、或いはフェライト組織を有する合金鋼を用い、
   上記第一部材の孔部内に上記第二部材を所定の圧力で押圧するとともに、これら両部材間に通電して両者の接合部に電気抵抗熱を発生させ、上記第二部材を上記孔部に圧入し、上記第二部材と上記孔部との両壁面同士の滑り方向の移動によってしごくことにより表面の層が削られ清浄化された接合界面を形成させ、かつこの接合を固相状態の接合とした圧入接合を行い、
   上記圧入接合により接合部に塑性変形が生じかつ焼きが入った接合部材を、通常の加熱炉または連続炉によりＡ１変態点以上、又は再結晶以上の温度で且つ拡散焼き鈍しの温度１１５０℃より低い温度で、１時間以上３時間以内の時間加熱保持して焼き鈍しを行い、この熱処理により接合部を分散・消滅させ、上記圧入接合により接合した両部材の接合部における金属組織を一体化又は均質化させることを特徴とする圧入接合における熱処理方法。