JP5099009B2 - 金属材の加工方法及び構造物 - Google Patents
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Description
ダブリュ・エム・トーマス(W.M.Thomas)、他2名、「科学・技術・溶接・接合4」(Sci. Technol. Weld. Join.4)、1999年、p.365-372 ティー・ジェイ・リナート(T.J.Lienert)、他3名、「接合ジャーナル82」(Weld.J.82)、2003年、1s-9s エイ・ピィー・レイノルズ(A.P.Reynolds)、他3名、「科学・技術・溶接・接合8」(Sci. Technol. Weld. Join.8)、2003年、p.455-460
3 接合部
4 裏当材
5 回転ツール
6 プローブ
8 シールドカバー
(1)接合時の最高到達温度をA1点の温度723℃以下にする。
(2)接合後の冷却速度を75℃/s以下、より好ましくは50℃/s以下、さらに好ましくは20℃/s以下にする。
マルテンサイト相を生成させないためには、最高到達温度T(℃)が723℃以下であれば良い。図3及び図5の結果より、回転ツールの回転速度RS(rpm)、接合速度WS(mm/min)について以下の近似式が導かれる。
T=−0.0008×WS2−0.28WS+900 …式(1)
T=0.39RS+540 …式(2)
T=−(4.5×10-7RS+6.2×10-4)WS2−(1.6×10-4RS+0.22)WS+(0.51RS+700) …式(3)
T=−(4.5×10-7RS+6.2×10-4)WS2−(1.6×10-4RS+0.22)WS+(0.51RS+700)<823 …式(4)
T=−(4.5×10-7RS×f×m1.5+6.2×10-4)WS2−(1.6×10-4RS×f×m1.5+0.22)WS+(0.51RS×f×m1.5+700)<823 …式(5)
T=−(4.5×10-7RS+6.2×10-4)WS2−(1.6×10-4RS+0.22)WS+(0.51RS+700)<837 …式(4)’
T=−(4.5×10-7RS×f×m1.5+6.2×10-4)WS2−(1.6×10-4RS×f×m1.5+0.22)WS+(0.51RS×f×m1.5+700)<837 …式(5)’
冷却速度CR(℃/s)は接合速度WS(mm/min)の依存性に比べて、回転ツールの回転速度RS(rpm)の依存性が小さいため、接合速度の依存性に回転速度の依存性を掛け合わせることで、補正値を求める。マルテンサイト相を生成させないためには、冷却速度を臨界冷却速度CCR(℃/s)より小さくしなくてはならないので、図4及び6より、直線関係で表される100mm/min以下の結果で、以下の関係式を作る。
CR=0.75×WS …式(1)
CR=0.052RS+96 …式(2)
CR=0.00033WS×RS+0.62WS …式(3)
CR=0.00033WS×RS+0.62WS<CCR-20 …式(4)
CR=0.00033WS×RS×f×m1.5+0.62WS<CCR-20 …式(5)
1.5C+P+3S≧0.23(質量%) …式(1)
C+Si/90+(Mn+Cr)/100+P≧0.115(質量%) …式(2)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.024(質量%)(保持25サイクル) …式(3)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.031(質量%)(保持5サイクル) …式(4)
厚さ1.6mmのS12C鋼板とS20C鋼板とS30C鋼板とを用意した。用意したS12C鋼板とS20C鋼板とS30C鋼板とを、図1に示す方法で接合して試験片を作成した。裏当材4にはステンレス鋼からなる板材を用い、回転ツール5としては超硬合金(WC+6%Co)からなる直径15mmの回転ツールを用いて、回転ツールの回転速度及び接合速度を変化させつつ摩擦攪拌接合を行い、接合部3の金属組織を観察した。試料の組成を図9に示す。
Claims (15)
- 炭素を0.15質量%以上含む鋼材の加工部を723℃以下に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。
- 炭素を0.15質量%以上含む鋼材の加工部を737℃以下に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。
- 炭素を0.15質量%以上含む鋼材の加工部を823℃未満に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。
- 炭素を0.15質量%以上含む鋼材の加工部を837℃未満に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。
- 鋼材における、炭素(C)、リン(P)、硫黄(S)、シリコン(Si)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)の質量%が、下式(1)〜(4)に該当する鋼材であって、
1.5C+P+3S≧0.23(質量%) …式(1)
C+Si/90+(Mn+Cr)/100+P≧0.115(質量%) …式(2)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.024(質量%) …式(3)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.031(質量%) …式(4)
前記鋼材の加工部を723℃以下に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。 - 鋼材における、炭素(C)、リン(P)、硫黄(S)、シリコン(Si)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)の質量%が、下式(1)〜(4)に該当する鋼材であって、
1.5C+P+3S≧0.23(質量%) …式(1)
C+Si/90+(Mn+Cr)/100+P≧0.115(質量%) …式(2)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.024(質量%) …式(3)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.031(質量%) …式(4)
前記鋼材の加工部を737℃以下に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。 - 鋼材における、炭素(C)、リン(P)、硫黄(S)、シリコン(Si)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)の質量%が、下式(1)〜(4)に該当する鋼材であって、
1.5C+P+3S≧0.23(質量%) …式(1)
C+Si/90+(Mn+Cr)/100+P≧0.115(質量%) …式(2)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.024(質量%) …式(3)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.031(質量%) …式(4)
前記鋼材の加工部を823℃以下に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。 - 鋼材における、炭素(C)、リン(P)、硫黄(S)、シリコン(Si)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)の質量%が、下式(1)〜(4)に該当する鋼材であって、
1.5C+P+3S≧0.23(質量%) …式(1)
C+Si/90+(Mn+Cr)/100+P≧0.115(質量%) …式(2)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.024(質量%) …式(3)
C+Si/30+Mn/60+2P+4S≧0.031(質量%) …式(4)
前記鋼材の加工部を837℃未満に制御しつつ、前記加工部にWCからなる棒状の回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記鋼材を加工する金属材の加工方法。 - 前記加工部の温度の制御は、前記回転ツールの回転速度と移動速度とを制御することによって行う請求項1〜8のいずれか1項に記載の金属材の加工方法。
- 前記回転ツールは、棒状の前記回転ツールの本体と、棒状の前記回転ツールの本体内部を貫通するように配置され前記加工部に挿入されるプローブとからなり、前記加工部の温度の制御は、前記回転ツールの本体の回転速度を、前記プローブの回転速度よりも遅くすることによって行う、請求項1〜9のいずれか1項に記載の金属材の加工方法。
- 2つの前記鋼材を前記加工部において突き合わせ、前記回転ツールを回転させつつ前記加工部の長手方向に沿って移動させて2つの前記鋼材を接合する請求項1〜10のいずれかに1項に記載の金属材の加工方法。
- 2つの前記鋼材を前記加工部において重ね合わせ、前記加工部に回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて2つの前記鋼材を接合する請求項1〜10のいずれかに1項に記載の金属材の加工方法。
- 前記加工部に回転ツールを挿入し、前記回転ツールを回転させて前記加工部における前記鋼材の表面部位を改質する請求項1〜10のいずれかに1項に記載の金属材の加工方法。
- 前記加工部と前記回転ツールとに不活性ガスを供給しつつ前記鋼材を加工する請求項1〜13のいずれかに1項に記載の金属材の加工方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の金属材の加工方法によって、2つ以上の鋼材を加工して形成された構造物。
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