JP6036795B2 - 回転ツール - Google Patents
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<摩擦攪拌接合用ツール>
本発明の摩擦攪拌接合用ツールは、摩擦攪拌接合加工に使用するものであって、基材を含み、該基材は、硬質相と、結合相とを含み、該硬質相は、WC粒子、および/または、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、およびWからなる群より選ばれた一種以上の金属と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる一種以上の元素とからなる化合物(ただし、WCを除く)、または該化合物の固溶体からなり、結合相は、Coを含み、Coは、基材に対し、5質量%未満含まれることを特徴とする。なお、基材は、硬質相および結合相以外の組成として、他の成分および不可避不純物を含んでいてもよい。
本発明の摩擦攪拌接合用ツールに用いられる基材は、硬質相と、結合相とを含み、該硬質相は、WC粒子、および/または、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、およびWからなる群より選ばれた一種以上の金属と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる一種以上の元素とからなる化合物(ただし、WCを除く)、または該化合物の固溶体からなり、結合相は、Coを含み、該Coは、基材に対し、5質量%未満含まれることを特徴とする。Coが5質量%未満である基材は、耐欠損性が低下する傾向にあるが、鋼の摩擦攪拌接合に用いたときに、耐酸化性および耐塑性変形性を高度に両立したものとなる。ここで、アルミニウムを摩擦攪拌接合するときには、接合時の被接合材の温度が400〜600℃に達するが、鋼を摩擦攪拌接合するときには、接合時の被接合材の温度が1000〜1200℃に達する。このため、鋼を接合するときは、アルミニウムなどの低融点金属を接合するときに比して、格段に基材の耐酸化性および耐塑性変形性を向上させる必要がある。したがって、上記のようなCoの含有量として、摩擦攪拌接合用ツールの耐酸化性および耐塑性変形性を向上させる効果は極めて大きい。
本発明において、結合相は、硬質相同士を結合するために基材に含まれるものである。このような結合相は、基材に対し、5質量%未満のCoが含まれるものであるが、特に上述のように3質量%未満のCoを含むか、または3質量%以上5質量%未満のCoが含まれ、かつ結合相はNiを含まないことが好ましい。Coが基材に対し、3質量%以上5質量%未満含まれるときに、さらに結合相がNiを含むと、耐塑性変形性が低下するため好ましくない。また、上記のCoは、基材に対し、1質量%以上を含むことが好ましい。基材が1質量%未満のCoを含む場合は、耐欠損性が低下するため好ましくない。
本発明において、硬質相は、WC粒子を主体として含むか、またはTi、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、およびWからなる群より選ばれた一種以上の金属と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる一種以上の元素とからなる化合物(ただし、WCを除く)、または該化合物の固溶体を主体として含むことが好ましい。
本発明の摩擦攪拌接合用ツール1の基材上に、被覆層を備えていてもよい。ここでの被覆層とは、単一組成の1層のみから構成されていてもよいし、互いに組成の異なる2以上の層によって構成されていてもよい。このような被覆層を備えることにより、耐摩耗性、耐酸化性、靭性、使用済みプローブの識別のための色付性等の諸特性を向上させる作用を付与することができる。また、被覆層は、基材の全面を覆うようにして形成されていることが好ましいが、基材の一部が被覆層により覆われていなかったり、基材上のいずれかの部分において被覆層の構成が異なっていてもよい。また、酸化が最も著しい、ショルダー部のみを被覆してもよい。
まず、硬質相を構成する材料と、結合相を構成する材料とを、下記の表1に示す質量比率で混合することにより混合粉末を得た。ここで、WC粒子としては、平均粒子径が2μmのものを用いた。
上記で作製した各実施例および各比較例の摩擦攪拌接合用ツールのそれぞれについて、下記の表2に示す条件による点接合(スポットFSW)を4500スポット行なった。ただし、4500スポットの接合を行なう前に、摩擦攪拌接合用ツールの表面に亀裂が入ったときや、摩擦攪拌接合用ツールに欠損が生じたときは、その時点で試験を中止した。また、各比較例の摩擦攪拌接合用ツールは、ショルダー部が極度に酸化しやすかったため、バリの高さが大きいものとなった。このため、バリの高さが2.5mmを超えた時点で試験を中止した。
実施例17の摩擦攪拌接合用ツールの基材に対し、Al0.6Ti0.35Si0.05Nからなる被覆層を3μmの厚みで物理的蒸着法を用いて被覆することにより、本実施例の摩擦攪拌接合用ツールを作製した。ここで、Al0.6Ti0.35Si0.05Nからなる被覆層は、酸化開始温度が1130℃のものである。
実施例24における被覆層の組成をTi0.5Al0.5Nに代えたことが異なる他は、実施例24と同様の方法によって、本実施例の摩擦攪拌接合用ツールを作製した。ここで、Ti0.5Al0.5Nからなる被覆層は、酸化開始温度が970℃のものである。
Claims (2)
- 摩擦攪拌接合加工に使用する摩擦攪拌接合用ツールであって、
前記摩擦攪拌接合用ツールは、基材を含み、
前記基材は、硬質相と、結合相とを含み、
前記硬質相は、WC粒子、または、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、およびWからなる群より選ばれた一種以上の金属と、窒素、炭素、硼素、および酸素からなる群より選ばれる一種以上の元素とからなる化合物(ただし、WCを除く)または該化合物の固溶体とWC粒子とからなり、
前記硬質相は、前記硬質相の合計体積に対し、体積比で0.5を超える前記WC粒子を含み、
前記結合相は、CoおよびCrを含み、
前記Coは、前記基材に対し、1質量%以上5質量%未満含まれ、
前記Crは、前記基材に対し、0.5質量%以上3質量%以下含まれ、かつ
前記結合相は、Niを含まない、摩擦攪拌接合用ツール。 - 前記摩擦攪拌接合用ツールは、前記基材と、該基材上に形成された被覆層とを備える、請求項1に記載の摩擦攪拌接合用ツール。
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