JP6300323B2 - BONDED BODY, STRUCTURE, BONDED BODY MANUFACTURING DEVICE, AND BONDED BODY MANUFACTURING METHOD - Google Patents

BONDED BODY, STRUCTURE, BONDED BODY MANUFACTURING DEVICE, AND BONDED BODY MANUFACTURING METHOD Download PDF

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Description

本発明は、中間材を用いて脆性材料と鋼系材料を拡散接合した接合体、構造体、接合体の製造装置、及び接合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a joined body, a structure, a joined body manufacturing apparatus, and a joined body manufacturing method in which a brittle material and a steel-based material are diffusion bonded using an intermediate material.

従来、異なる材料同士の接合において、両者に熱膨張率が異なる場合、熱膨張率が大である側の材料の熱応力を緩和する技術として、特許文献1〜特許文献3が提案されている。   Conventionally, Patent Documents 1 to 3 have been proposed as techniques for relieving the thermal stress of a material having a large thermal expansion coefficient when different materials have different thermal expansion coefficients.

特許文献1は、半導体素子とフレームとの熱膨張差に起因して発生する応力を緩和するために、接続材料(はんだ)として超塑性を有する合金(例えばZn−Al系合金)が使用されている。   In Patent Document 1, a superplastic alloy (for example, a Zn-Al alloy) is used as a connection material (solder) in order to relieve stress generated due to a difference in thermal expansion between a semiconductor element and a frame. Yes.

特許文献2は、SiC繊維強化TiAl複合材料を製造する場合、SiC繊維層を、超塑性特性を有するTiAl基合金箔の間に挟んで多数積層し、所定条件下で加圧してTiAl基合金箔を塑性変形させて、かつ、TiAl基合金箔同士を拡散接合するようにしている。   In Patent Document 2, when manufacturing SiC fiber reinforced TiAl composite material, a large number of SiC fiber layers are sandwiched between TiAl base alloy foils having superplastic characteristics, and pressed under a predetermined condition to form a TiAl base alloy foil. And TiAl-based alloy foils are diffusion-bonded to each other.

特許文献3は、無機絶縁体と磁性体との間に、双方の熱膨張係数際で発生する応力を吸収する応力吸収体として超塑性合金膜が使用された薄膜磁気ヘッドが提案されている。
特許文献1〜特許文献3は、「ろう材」として超塑性金属(または超塑性合金)を使用するものである。
Patent Document 3 proposes a thin-film magnetic head in which a superplastic alloy film is used as a stress absorber that absorbs the stress generated between the inorganic insulator and the magnetic body when both of them have a coefficient of thermal expansion.
Patent Documents 1 to 3 use a superplastic metal (or superplastic alloy) as a “brazing material”.

また、特許文献4〜特許文献6は、炭素鋼同士の溶接後、或いは炭素鋼と低合金鋼の溶接後において、放冷または徐冷する後熱処理することが提案されている。この後熱処理により、残留応力の解消、われ(亀裂)の発生の防止を図っている。   Patent Documents 4 to 6 propose that after carbon steels are welded together or after carbon steels and low alloy steels are welded, they are allowed to cool or slowly cool and then heat-treated. After this heat treatment, residual stress is eliminated and cracks are prevented from occurring.

特開2013−146764号公報JP 2013-146664 A 特開平9−41053号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-41053 特開平11−306510号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-306510 特開2005−48271号公報JP 2005-48271 A 特開2002−327214号公報JP 2002-327214 A 特開平6−330176号公報JP-A-6-330176

特許文献1〜特許文献3では、熱膨張率が異なる異材同士に対して、濡れ性を有する「ろう材」として超塑性金属が使用され、これが異材間に挿入される中間材として用いられている。加熱されたろう材と金属界面とでは拡散反応が促進して接合がなされ、その後の冷却中では、「ろう材」が降伏することにより、熱応力を緩和するようにしている。   In Patent Documents 1 to 3, superplastic metal is used as a “brazing material” having wettability for different materials having different coefficients of thermal expansion, and this is used as an intermediate material inserted between the different materials. . A diffusion reaction is promoted between the heated brazing material and the metal interface to form a bond, and during the subsequent cooling, the “brazing material” yields to relieve thermal stress.

ところで、「ろう材」は、母材の接合界面に高濃度の中間材の成分が分布する。この場合、母材と前記中間材から拡散した成分との化合物の形成がされる場合があり、この化合物によって、母材の脆化が懸念される。   By the way, in the “brazing material”, a high-concentration intermediate material component is distributed at the joining interface of the base material. In this case, a compound of a base material and a component diffused from the intermediate material may be formed, and there is a concern about the embrittlement of the base material due to this compound.

本発明の目的は、上記課題を解消するためになされたものであって、母材の脆化の虞がなく、接合後の冷却過程で発生する熱応力が除去されることにより、接合強度の向上を図ることができる接合体、及び構造体を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems, and there is no risk of embrittlement of the base material. By removing the thermal stress generated in the cooling process after bonding, the bonding strength is improved. An object of the present invention is to provide a bonded body and a structure that can be improved.

また、本発明の他の目的は、上記接合体を得ることができる製造装置、及び接合体の製造方法を提供することにある。   Moreover, the other object of this invention is to provide the manufacturing apparatus which can obtain the said conjugate | zygote, and the manufacturing method of a conjugate | zygote.

上記問題点を解決するために、本発明の接合体は、熱膨張率が小さい脆性材料と熱膨張率が大きい鋼系材料とを含み、両者が拡散接合された接合体において、前記脆性材料と前記鋼系材料との間に炭素鋼よりなる変態超塑性材料が中間材として挿入されてなり、前記脆性材料からなる層が入熱を受け入れる受熱部とし、前記鋼系材料からなる層を前記受熱部からの熱を徐熱する徐熱部とし、前記徐熱部の内には、熱媒体が通過する熱媒体通過部を有し、前記徐熱部からの熱を前記熱媒体通過部に流れる前記熱媒体がさらに徐熱するものである。 In order to solve the above problems, the joined body of the present invention includes a brittle material having a low coefficient of thermal expansion and a steel-based material having a large coefficient of thermal expansion. Ri Na transformation superplastic material consisting of carbon steel between the steel-based material is inserted as an intermediate material, a layer made of the brittle material is a heat-receiving portion for receiving the heat input, the layer made of the steel material A gradually heating part that gradually heats the heat from the heat receiving part, and a heating medium passing part through which a heating medium passes is provided in the gradually heating part, and heat from the gradually heating part is transferred to the heating medium passing part. The flowing heat medium further gradually heats .

また、本発明の接合体の製造装置は、熱膨張率が小さい脆性材料と熱膨張率が大きい鋼系材料とを含み、両者が拡散接合された接合体の製造装置であって、前記脆性材料と前記鋼系材料との間に炭素鋼よりなる変態超塑性材料が中間材として配置された状態で、前記脆性材料と前記鋼系材料に対して圧縮圧力を付与する圧縮応力付与部と、前記脆性材料と前記鋼系材料とを加熱する加熱部と、前記加熱部を加熱制御して、前記脆性材料と前記鋼系材料の拡散接合温度まで加熱させ、その加熱中に前記圧縮応力付与部を変位制御して、前記中間材にのみ変形を与えて、前記脆性材料と前記鋼系材料とを接合させ、その後、前記中間材の相変態温度域におけるサイクル処理または徐冷処理で、冷却を行う制御部とを有するものである。   The joined body manufacturing apparatus of the present invention includes a brittle material having a small thermal expansion coefficient and a steel-based material having a large thermal expansion coefficient, and is a joined body manufacturing apparatus in which both are diffusion bonded, wherein the brittle material In a state where a transformation superplastic material made of carbon steel is disposed as an intermediate material between the steel material and the steel material, a compressive stress applying portion that applies a compressive pressure to the brittle material and the steel material, A heating unit for heating the brittle material and the steel-based material, and heating control of the heating unit to heat up to a diffusion bonding temperature of the brittle material and the steel-based material, and during the heating, the compressive stress applying unit is Displacement is controlled so that only the intermediate material is deformed to join the brittle material and the steel-based material, and then cooling is performed by cycle processing or slow cooling processing in the phase transformation temperature range of the intermediate material. And a control unit.

また、本発明の接合体の製造方法は、熱膨張率が小さい脆性材料と熱膨張率が大きい鋼系材料とを含み、両者を拡散接合により接合する接合体の製造方法であって、前記脆性材料と前記鋼系材料との間に、炭素鋼よりなる変態超塑性材料を中間材として挿入する段階と、前記脆性材料と前記鋼系材料とを拡散合する段階と、前記拡散接合後、前記脆性材料の残留熱応力を緩和する段階と、を含み、前記拡散接合する段階は、前記中間材の相変態温度域を超える温度で行い、前記脆性材料の残留熱応力を緩和する段階は、前記拡散接合を相変態温度域を超える温度で行った後において、前記中間材の相変態温度域における後熱処理により、相変態誘起クリープ変形により前記脆性材料と前記鋼系材料との間の熱応力を緩和するものである。 The method for manufacturing a joined body of the present invention includes a brittle material having a low coefficient of thermal expansion and a steel material having a large coefficient of thermal expansion, and is a method for manufacturing a joined body in which both are joined by diffusion bonding. between the material and the steel material, and inserting the transformation superplastic material consisting of carbon steel as the intermediate member, the method comprising: diffusing junction of said brittle material and the steel material, after the diffusion bonding, look including the the steps of relaxing the residual thermal stress of the brittle material, said step of diffusion bonding is carried out at a temperature above the phase transformation temperature range of the intermediate member, the step of relaxing the residual thermal stress of the brittle material After the diffusion bonding is performed at a temperature exceeding the phase transformation temperature range, heat between the brittle material and the steel-based material due to phase transformation induced creep deformation by post-heat treatment in the phase transformation temperature range of the intermediate material. It relieves stress .

また、前記後熱処理は、前記中間材の相変態温度域におけるサイクル処理または徐冷処理とすることが好ましい。   The post heat treatment is preferably a cycle treatment or a slow cooling treatment in a phase transformation temperature range of the intermediate material.

本発明の接合体及び構造体によれば、母材の脆化の虞がなく、接合後の冷却過程で発生する熱応力が除去されることにより、接合強度の向上を図ることができる効果を奏する。
また、本発明の製造装置及び製造方法によれば、母材の脆化の虞がなく、接合後の冷却過程で発生する熱応力が除去されることにより、接合強度の向上を図ることができる接合体を好適に得ることができる効果を奏する。
According to the joined body and structure of the present invention, there is no risk of embrittlement of the base material, and the effect of improving the joint strength can be achieved by removing the thermal stress generated in the cooling process after joining. Play.
In addition, according to the manufacturing apparatus and the manufacturing method of the present invention, there is no possibility of embrittlement of the base material, and it is possible to improve the bonding strength by removing the thermal stress generated in the cooling process after the bonding. There exists an effect which can obtain a zygote suitably.

一実施形態の接合体の断面図。Sectional drawing of the conjugate | zygote of one Embodiment. 接合体の製造装置の概略図。Schematic of the manufacturing apparatus of a joined body. 製造方法において、拡散接合、冷却、及び後熱処理のそれぞれの温度変化を示す説明図。Explanatory drawing which shows each temperature change of a diffusion joining, cooling, and post-heat processing in a manufacturing method. 接合体の試験片の形状を示す斜視図。The perspective view which shows the shape of the test piece of a conjugate | zygote. 微小4点曲げ強度試験装置の模擬図。The simulation figure of a micro 4 point bending strength test apparatus. (a)は実施例1の微小曲げ強度試験による破壊応力の大きさを示すグラフ、(b)は実施例2の微小曲げ強度試験による破壊応力の大きさを示すグラフ、(c)は実施例3の微小曲げ強度試験による破壊応力の大きさを示すグラフ、(d)は実施例4の微小曲げ強度試験による破壊応力の大きさを示すグラフ。(A) is a graph showing the magnitude of the fracture stress by the micro bending strength test of Example 1, (b) is a graph showing the magnitude of the fracture stress by the micro bending strength test of Example 2, and (c) is the example. 3 is a graph showing the magnitude of the fracture stress by the micro bending strength test of No. 3, and (d) is a graph showing the magnitude of the fracture stress by the micro bending strength test of Example 4. FIG. γ/α変態の累計時間と結合強度の関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the accumulation time of (gamma) / (alpha) transformation, and bond strength. 中間材の引張試験の試験片の説明図。Explanatory drawing of the test piece of the tension test of an intermediate material. 中間材にS50C鋼を使用した場合と、比較例である純鉄を使用した場合の降伏応力のグラフ。The graph of the yield stress at the time of using the pure iron which is a comparative example when using S50C steel for an intermediate material. 構造体の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of a structure. 構造体の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of a structure. 構造体の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of a structure. Fe−Cの2元系平衡状態図。The binary system equilibrium state diagram of Fe-C.

(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した一実施形態の接合体10を説明する。
図1に示すように、接合体10は、脆性材料層20と鋼系材料層30と、両者間に挿入された中間材としての炭素鋼よりなる変態超塑性材料層40とからなる。
(First embodiment)
Hereinafter, a bonded body 10 according to an embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the joined body 10 includes a brittle material layer 20, a steel-based material layer 30, and a transformation superplastic material layer 40 made of carbon steel as an intermediate material inserted therebetween.

接合体10は、脆性材料層20と鋼系材料層30とが変態超塑性材料層40の相変態温度域を超えた以上の拡散接合温度に昇温(加熱)されることによって、原子相互拡散が促進されて拡散接合され、この後、冷却に伴って、発生する熱応力が後熱処理によって変態超塑性材料層40により緩和されている。この後熱処理の具体的方法は、後述する製造方法で説明する。   The bonded body 10 has an atomic interdiffusion when the brittle material layer 20 and the steel-based material layer 30 are heated (heated) to a diffusion bonding temperature that exceeds the phase transformation temperature range of the transformation superplastic material layer 40. Then, diffusion bonding is performed, and thereafter, the thermal stress generated with cooling is relaxed by the transformed superplastic material layer 40 by post-heat treatment. A specific method of the post heat treatment will be described in the manufacturing method described later.

(脆性材料)
脆性材料層20を形成する脆性材料は、タングステンW、モリブデンMo等の脆性金属、及び炭化ケイ素を中心としたセラミックス等を挙げることができる。
(Brittle material)
Examples of the brittle material that forms the brittle material layer 20 include brittle metals such as tungsten W and molybdenum Mo, and ceramics centered on silicon carbide.

ここで、これらの脆性材料の熱膨張率の代表例を挙げると、タングステンWの熱膨張率は、25℃で4.5×10-6/Kである。
モリブデンMoの熱膨張率は、25℃で 4.8×10-6/Kである。
Here, as a representative example of the thermal expansion coefficient of these brittle materials, the thermal expansion coefficient of tungsten W is 4.5 × 10 −6 / K at 25 ° C.
Molybdenum Mo has a thermal expansion coefficient of 4.8 × 10 −6 / K at 25 ° C.

炭化ケイ素SiCの熱膨張率は、室温で6.6×10-6/Kである。
接合体10を構成する場合、脆性材料からなる層を受熱部とするとよい。
この場合、脆性材料としてのタングステンWは、金属の中で最も融点(3422℃)が高く、超高温の用途に広く使用することができる。また、タングステンWは、後述する鋼系材料よりも熱膨張率が低く、超高温での形状安定性がきわめて高くて好適である。また、モリブデンMoは、融点が2623℃であって、常温常圧で、安定な結晶構造を有する。
The thermal expansion coefficient of silicon carbide SiC is 6.6 × 10 −6 / K at room temperature.
When the joined body 10 is configured, a layer made of a brittle material may be used as the heat receiving portion.
In this case, tungsten W as a brittle material has the highest melting point (3422 ° C.) among metals and can be widely used for ultra-high temperature applications. Tungsten W is suitable because it has a lower coefficient of thermal expansion than steel-based materials described later, and has extremely high shape stability at ultra-high temperatures. Molybdenum Mo has a melting point of 2623 ° C. and a stable crystal structure at normal temperature and pressure.

また、炭化ケイ素SiCは、融点が2730℃であって、硬度、耐熱性、化学的安定性に優れる。
これらの脆性材料は、核融合炉のブランケットの表面材料としては耐高温性を有しており、好適である。
Silicon carbide SiC has a melting point of 2730 ° C. and is excellent in hardness, heat resistance, and chemical stability.
These brittle materials have high temperature resistance as the surface material of the blanket of the fusion reactor and are suitable.

(鋼系材料)
鋼系材料層30を形成する鋼系材料は、代表的には、酸化物分散強化型鋼(ODS鋼)、または低放射化鉄鋼材料であるF82H鋼等を挙げることができる。
(Steel material)
The steel-based material forming the steel-based material layer 30 typically includes oxide dispersion strengthened steel (ODS steel), F82H steel which is a low activation steel material, and the like.

接合体10を構成する場合、鋼系材料層30からなる層を、受熱部からの熱を徐熱する徐熱部とすると、脆性材料層20からの熱を徐熱することができる。
ODS鋼は、例えば、基本組成がFe-15Cr-2W-0.2Ti-0.35Yを有するODS鋼、9Cr−ODS、12Cr−ODS等がある。
When the joined body 10 is configured, if the layer made of the steel-based material layer 30 is a gradually heating portion that gradually heats the heat from the heat receiving portion, the heat from the brittle material layer 20 can be gradually heated.
ODS steels, for example, ODS steel basic composition having a Fe-15Cr-2W-0.2Ti- 0.35Y 2 O 3, 9Cr-ODS, the 12Cr-ODS or the like.

前記9Cr−ODSの組成は、C−0.14Si-0.06Mn−0.09P−<0.005、S−0.004Ni−0.03Cr−9.08W−1.97Ti−0.23Y−0.29O−0.16N−0.013Ar−0.0052Y−0.37Ex.O−0.082である。 The composition of the 9Cr-ODS was C-0.14Si-0.06Mn-0.09P- <0.005, S-0.004Ni-0.03Cr-9.08W-1.97Ti-0.23Y-0. a .29O-0.16N-0.013Ar-0.0052Y 2 O 3 -0.37Ex.O-0.082.

また、前記12Cr−ODSの組成は、C−0.035Si-0.03Mn−0.02P−<0.005、S−0.003Ni−0.04Cr−11.65W−1.90Ti−0.29Y−0.18O−0.083N−0.005Ar−0.0052Y−0.23Ex.O−0.03である。 The composition of the 12Cr-ODS is C-0.035Si-0.03Mn-0.02P- <0.005, S-0.003Ni-0.04Cr-11.65W-1.90Ti-0.29Y. a -0.18O-0.083N-0.005Ar-0.0052Y 2 O 3 -0.23Ex.O-0.03.

また、F82H鋼は、その基本組成が、Fe-8Cr-2W-0.2V-0.04Ta-0.1Cであって、低放射化フェライト鋼である。なお、鋼系材料としての低放射化フェライト鋼は、この他に、EUROFER−EU(基本組成は、Fe-9Cr-1.1W-0.11C-0.2V-(0.06〜0.09)Taである。)、CLAM(基本組成は、Fe-9Cr-1.55W-0.2V-0.15Ta-0.11C)等があり、これらを採用してもよい。なお、組成の数値は重量%である(以下、同じ)。   The basic composition of F82H steel is Fe-8Cr-2W-0.2V-0.04Ta-0.1C, which is a low activation ferritic steel. In addition to this, the low activation ferritic steel as the steel material includes, in addition, EUROFER-EU (basic composition is Fe-9Cr-1.1W-0.11C-0.2V- (0.06-0.09). ) And CLAM (basic composition is Fe-9Cr-1.55W-0.2V-0.15Ta-0.11C), etc., and these may be employed. The numerical value of the composition is% by weight (hereinafter the same).

鋼系材料は、前記脆性材料に対して熱膨張率が大きい。すなわち、ODS鋼の熱膨張率は、代表的には、室温で約11×10-6/Kである。
また、F82H鋼の熱膨張率は、20℃(室温)で10〜11×10-6/Kである。なお、ODS鋼及びF82H鋼は、含まれる成分、及びその割合によって、熱膨張率が異なる。このため、前記熱膨張率は幅があり、この数値は代表例として理解されたい。
Steel-based materials have a larger coefficient of thermal expansion than the brittle materials. That is, the coefficient of thermal expansion of ODS steel is typically about 11 × 10 −6 / K at room temperature.
The thermal expansion coefficient of F82H steel is 10 to 11 × 10 −6 / K at 20 ° C. (room temperature). The ODS steel and the F82H steel have different thermal expansion coefficients depending on the components contained and the ratio thereof. For this reason, the coefficient of thermal expansion varies, and this value should be understood as a representative example.

このように鋼系材料と脆性材料との熱膨張率の大小関係は、室温(または25℃)において、大小関係が定まれば、相変態温度域においても、その大小関係は変化しない。このため、本明細書では、鋼系材料と脆性材料における熱膨張率の大小関係を、室温(または25℃)において、定義している。   Thus, if the magnitude relationship between the thermal expansion coefficients of the steel-based material and the brittle material is determined at room temperature (or 25 ° C.), the magnitude relationship does not change even in the phase transformation temperature range. For this reason, in this specification, the magnitude relationship between the thermal expansion coefficients of the steel-based material and the brittle material is defined at room temperature (or 25 ° C.).

(変態超塑性材料)
炭素鋼よりなる変態超塑性材料は、相変態温度域で相変態誘起クリープ変形を起こすもの、すなわち、熱応力緩和機構を有するものが好ましい。また、炭素鋼よりなる変態超塑性材料は、鋼系材料及び脆性材料に対する接合面に密着性を高めるために、鋼系材料及び脆性材料の降伏強度よりも低い降伏強度を有するものが好ましい。
(Transformation superplastic material)
The transformation superplastic material made of carbon steel is preferably one that causes phase transformation-induced creep deformation in the phase transformation temperature range, that is, one having a thermal stress relaxation mechanism. In addition, the transformation superplastic material made of carbon steel preferably has a yield strength lower than the yield strength of the steel-based material and the brittle material in order to increase the adhesion to the joint surface to the steel-based material and the brittle material.

なお、超塑性は、固体を高温域で一定のひずみ速度で変形させた時、数百%以上に伸びる現象のことである。超塑性には、材料の相変態に起因する変態超塑性と結晶粒径が数μm以下の多結晶材料で発生する微細結晶粒超塑性の2種類がある。本発明では、材料の相変態に起因する変態超塑性を有する変態超塑性材料を対象としている。   Superplasticity is a phenomenon in which a solid is deformed to several hundred% or more when deformed at a constant strain rate in a high temperature range. There are two types of superplasticity: transformation superplasticity resulting from phase transformation of the material and fine grain superplasticity occurring in a polycrystalline material having a crystal grain size of several μm or less. The present invention is directed to a transformed superplastic material having a transformed superplasticity resulting from the phase transformation of the material.

ここでの相変態温度域は、冷却時に、オーステナイト(γ相)が、フェライト(α相)への変態、または、フェライト(α相)及びセメンタイトへの変態を完了する温度である。以下、この温度域での変態を、単に相変態という。   The phase transformation temperature range here is a temperature at which austenite (γ phase) completes transformation to ferrite (α phase) or transformation to ferrite (α phase) and cementite during cooling. Hereinafter, the transformation in this temperature range is simply referred to as phase transformation.

接合体10では、変態超塑性材料は、脆性材料と鋼系材料との間に挿入される中間材として用いられ、変態超塑性材料層40となる。
この種の変態超塑性材料としては、例えば、炭素濃度0.5%のS50C鋼がある。S50C鋼は、拡散接合処理(接合温度1240℃)後の後熱処理において、冷却中では、相変態温度域(740〜680℃)で、上記した相変態を示す(図13参照)。図13は、Fe−Cの2元系平衡状態図であり、同図において、S50C鋼の後熱処理における相変態は矢印部分となる。
In the joined body 10, the transformed superplastic material is used as an intermediate material inserted between the brittle material and the steel material, and becomes the transformed superplastic material layer 40.
An example of this type of transformation superplastic material is S50C steel with a carbon concentration of 0.5%. S50C steel exhibits the phase transformation described above in the phase transformation temperature range (740 to 680 ° C.) during cooling in the post-heat treatment after the diffusion joining treatment (joining temperature 1240 ° C.) (see FIG. 13). FIG. 13 is an Fe—C binary equilibrium diagram, in which the phase transformation in post-heat treatment of S50C steel is indicated by an arrow.

S50C鋼の他に変態超塑性材料としては下記の炭素鋼を挙げることができる。
S10C(相変態温度域:850〜780℃)、S12C(相変態温度域:845〜770℃)、S15C(相変態温度域:845〜770℃)、S17C(相変態温度域:815〜730℃)、S20C(相変態温度域:815〜730℃)、S22C(相変態温度域:815〜730℃)、S25C(相変態温度域:815〜730℃)、S28C(相変態温度域:780〜720℃)、S30C(相変態温度域:780〜720℃)、S33C(相変態温度域:770〜710℃)、S35C(相変態温度域:770〜710℃)、S38C(相変態温度域:760〜700℃)、S40C(相変態温度域:760〜700℃)、S43C(相変態温度域:750〜680℃)、S45C(相変態温度域:750〜680℃)、S48C(相変態温度域:740〜680℃)、S53C(相変態温度域:740〜680℃)、S55C(相変態温度域:740〜680℃)、S58C(相変態温度域:730〜680℃)、S09CK(相変態温度域:850〜780℃)、S15CK(相変態温度域:845〜770℃)、S20CK(相変態温度域:815〜730℃)
上記の炭素鋼は、いずれも、相変態温度域で、相変態を示す。
In addition to S50C steel, the following carbon steel can be cited as a transformation superplastic material.
S10C (phase transformation temperature range: 850-780 ° C.), S12C (phase transformation temperature range: 845-770 ° C.), S15C (phase transformation temperature range: 845-770 ° C.), S17C (phase transformation temperature range: 815-730 ° C.) ), S20C (phase transformation temperature range: 815 to 730 ° C.), S22C (phase transformation temperature range: 815 to 730 ° C.), S25C (phase transformation temperature range: 815 to 730 ° C.), S28C (phase transformation temperature range: 780 to 780 ° C.) 720 ° C), S30C (phase transformation temperature range: 780 to 720 ° C), S33C (phase transformation temperature range: 770 to 710 ° C), S35C (phase transformation temperature range: 770 to 710 ° C), S38C (phase transformation temperature range: 760-700 ° C), S40C (phase transformation temperature range: 760-700 ° C), S43C (phase transformation temperature range: 750-680 ° C), S45C (phase transformation temperature range: 750-680 ° C), S48 (Phase transformation temperature range: 740 to 680 ° C), S53C (Phase transformation temperature range: 740 to 680 ° C), S55C (Phase transformation temperature range: 740 to 680 ° C), S58C (Phase transformation temperature range: 730 to 680 ° C) , S09CK (phase transformation temperature range: 850 to 780 ° C.), S15CK (phase transformation temperature range: 845 to 770 ° C.), S20CK (phase transformation temperature range: 815 to 730 ° C.)
All of the above carbon steels exhibit phase transformation in the phase transformation temperature range.

なお、これらの炭素鋼は、代表的に挙げたものであって、これらに限定するものではなく、他の炭素鋼であって、相変態温度域を有するものであればよい。
(第1実施形態の作用)
上記のように構成された接合体10は、互いに熱膨張率が異なる脆性材料層20と鋼系材料層30とを含み、脆性材料層20と鋼系材料層30との間に変態超塑性材料層40が挿入されている。
In addition, these carbon steel is mentioned typically, It is not limited to these, What is necessary is just another carbon steel and what has a phase transformation temperature range.
(Operation of the first embodiment)
The joined body 10 configured as described above includes a brittle material layer 20 and a steel-based material layer 30 having different thermal expansion coefficients, and a transformed superplastic material between the brittle material layer 20 and the steel-based material layer 30. Layer 40 is inserted.

そして、脆性材料層20と鋼系材料層30とが変態超塑性材料層40の相変態温度域を超えた以上の拡散接合温度に昇温(加熱)されて、所定時間保持されることによって、原子相互拡散が促進されて拡散接合されている。また、後の冷却時に伴い発生する熱応力は、後熱処理によって、変態超塑性材料層40により緩和される。   Then, the brittle material layer 20 and the steel-based material layer 30 are heated (heated) to a diffusion bonding temperature exceeding the phase transformation temperature range of the transformation superplastic material layer 40 and held for a predetermined time, Atomic interdiffusion is promoted for diffusion bonding. Further, the thermal stress generated during the subsequent cooling is relaxed by the transformed superplastic material layer 40 by the post heat treatment.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)本実施形態の接合体10は、熱膨張率が小さい脆性材料層20と熱膨張率が大きい鋼系材料層30とを含み、両者が拡散接合された接合体としている。また、脆性材料層20と鋼系材料層30との間に炭素鋼よりなる変態超塑性材料層40が挿入されている。この結果、本実施形態の接合体10は、母材の脆化の虞がなく、接合後の冷却過程で発生する熱応力が変態超塑性材料層により除去されていることにより、接合強度の向上を図ることができる。
This embodiment has the following features.
(1) The joined body 10 of the present embodiment includes a brittle material layer 20 having a low thermal expansion coefficient and a steel material layer 30 having a large thermal expansion coefficient, and is a joined body in which both are diffusion bonded. Further, a transformation superplastic material layer 40 made of carbon steel is inserted between the brittle material layer 20 and the steel-based material layer 30. As a result, the joined body 10 of this embodiment has no fear of embrittlement of the base material, and the thermal stress generated in the cooling process after joining is removed by the transformation superplastic material layer, thereby improving the joining strength. Can be achieved.

(2)本実施形態の接合体10では、脆性材料層20が入熱を受け入れる受熱部とし、鋼系材料層30が受熱部からの熱を徐熱する徐熱部としている。この結果、脆性材料層20からの熱を、鋼系材料層30を介して徐熱することができる。   (2) In the joined body 10 of the present embodiment, the brittle material layer 20 is a heat receiving portion that receives heat input, and the steel-based material layer 30 is a gradually heating portion that gradually heats the heat from the heat receiving portion. As a result, the heat from the brittle material layer 20 can be gradually heated through the steel material layer 30.

(3)本実施形態によれば、炭素鋼よりなる変態超塑性材料(中間材)は、鋼系材料(接合母材)とは化学組成が大きく異ならないため、接合界面での機械的特性が母材とは大きく異なることがない。このため、ろう材を使用する場合と異なり、母材の接合界面に高濃度の中間材の成分が分布することがないことから、母材と中間材から拡散した成分との化合物の形成がされることがなく、母材の脆化を懸念することがない。   (3) According to this embodiment, the transformation superplastic material (intermediate material) made of carbon steel has a chemical composition that is not significantly different from that of a steel-based material (joint base material), and therefore has mechanical properties at the joint interface. There is no significant difference from the base material. For this reason, unlike the case of using brazing material, a high concentration of the intermediate material component is not distributed at the joint interface of the base material, so that a compound of the base material and the component diffused from the intermediate material is formed. There is no concern about the embrittlement of the base material.

(第2実施形態)
次に、接合体の製造装置及び製造方法を説明する。
(製造装置)
図2に示すように、製造装置50は、真空チャンバー52内に設けられた加圧ホットプレス60を備えている。加圧ホットプレス60は、円筒状のダイス62に対して、両端から一対のパンチ64、66が配置され、両パンチ64、66は、一対のシリンダ機構68、70により、それぞれ押圧駆動可能となっている。なお、ダイス62、及びパンチ64、66は、例えば、グラファイト等の耐高熱材質からなるが、耐高熱材質であれば、グラファイトに限定するものではない。
(Second Embodiment)
Next, a manufacturing apparatus and a manufacturing method of the joined body will be described.
(manufacturing device)
As shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus 50 includes a pressure hot press 60 provided in a vacuum chamber 52. In the hot press 60, a pair of punches 64 and 66 are arranged from both ends with respect to a cylindrical die 62, and both the punches 64 and 66 can be driven by a pair of cylinder mechanisms 68 and 70, respectively. ing. The die 62 and the punches 64 and 66 are made of, for example, a heat resistant material such as graphite. However, the die 62 and the punches 64 and 66 are not limited to graphite as long as the material is a heat resistant material.

本実施形態では、一対のパンチ64、66、及び一対のシリンダ機構68、70にて圧縮応力付与部を構成している。
シリンダ機構68、70は、制御部80が油圧回路72を制御することにより、前記シリンダ機構68、70を駆動する。また、ダイス62の周囲には、誘導加熱コイル84が巻装されている。誘導加熱コイル84は、制御部80が電流供給部82を駆動制御することにより、誘導加熱コイル84による加熱制御が可能となっている。この場合の加熱は、脆性材料及び鋼系材料の拡散接合温度に達するまで加熱する。この拡散接合温度は、変態超塑性材料の相変態温度域を超える温度である。誘導加熱コイル84は、加熱部の一例である。また、本実施形態では、ダイス62、パンチ64、66及び誘導加熱コイル84により加熱炉が構成されている。
In the present embodiment, the pair of punches 64 and 66 and the pair of cylinder mechanisms 68 and 70 constitute a compressive stress applying unit.
The cylinder mechanisms 68 and 70 drive the cylinder mechanisms 68 and 70 by the control unit 80 controlling the hydraulic circuit 72. An induction heating coil 84 is wound around the die 62. The induction heating coil 84 can be controlled by the induction heating coil 84 when the control unit 80 drives and controls the current supply unit 82. In this case, the heating is performed until the diffusion bonding temperature of the brittle material and the steel material is reached. This diffusion bonding temperature is a temperature exceeding the phase transformation temperature range of the transformed superplastic material. The induction heating coil 84 is an example of a heating unit. In this embodiment, the die 62, the punches 64 and 66, and the induction heating coil 84 constitute a heating furnace.

また、制御部80は、誘導加熱コイル84を加熱制御して、脆性材料と鋼系材料の拡散接合温度まで加熱させ、その加熱中に圧縮応力付与部を変位制御して、変態超塑性材料にのみ変形を与えるように制御する。また、制御部80は、脆性材料と鋼系材料とを接合させ、その後、後熱処理で冷却を行う。すなわち、変態超塑性材料の相変態温度域におけるサイクル処理、徐冷処理等で、冷却を行った後、室温まで温度を低下させて、接合体を得る。   Further, the control unit 80 controls the induction heating coil 84 to heat up to the diffusion bonding temperature of the brittle material and the steel-based material, and controls the displacement of the compressive stress applying unit during the heating so that the transformation superplastic material is obtained. Control to give only deformation. In addition, the control unit 80 joins the brittle material and the steel material, and then performs cooling by post heat treatment. That is, after cooling is performed by cycle treatment, slow cooling treatment, or the like in the phase transformation temperature range of the transformed superplastic material, the temperature is lowered to room temperature to obtain a joined body.

この後熱処理については、後述する。
(製造方法)
次に、接合体10の製造方法を、前記製造装置50の作用とともに説明する。
The post heat treatment will be described later.
(Production method)
Next, the manufacturing method of the joined body 10 will be described together with the operation of the manufacturing apparatus 50.

接合体10を製造する際には、上記製造装置50のダイス62内に、脆性材料、鋼系材料、変態超塑性材料を層状に配置する。なお、この段階では、真空チャンバー52内は非真空状態で、ダイス62内において、変態超塑性材料を脆性材料と鋼系材料の間に挿入する。この後、真空チャンバー52内を真空状態にする。   When the joined body 10 is manufactured, a brittle material, a steel-based material, and a transformation superplastic material are arranged in layers in the die 62 of the manufacturing apparatus 50. At this stage, the inside of the vacuum chamber 52 is in a non-vacuum state, and the transformation superplastic material is inserted between the brittle material and the steel material in the die 62. Thereafter, the vacuum chamber 52 is evacuated.

次に、脆性材料と前記鋼系材料とを拡散合する段階として、下記のことを行う。
すなわち、制御部80により、油圧回路72及び電流供給部82をそれぞれ制御して、シリンダ機構68、70を介してパンチ64、66にて、層状に配置した材料を加圧するとともに、拡散接合温度まで達するように誘導加熱コイル84を加熱する。
Next, a step of diffusing junction with said steel-based material with brittle material, do the following.
That is, the control unit 80 controls the hydraulic circuit 72 and the current supply unit 82 to pressurize the materials arranged in layers by the punches 64 and 66 through the cylinder mechanisms 68 and 70, and to the diffusion bonding temperature. The induction heating coil 84 is heated to reach.

パンチ64、66による加圧力は、制御部80により、変態超塑性材料のみが変形するようにコントロールされる。
制御部80は、拡散接合温度まで誘導加熱コイル84にて昇温した後、所定時間の間、この温度を保持する。この所定時間の間、拡散接合温度に保持されることにより、脆性材料と鋼系材料は原子相互拡散が促進されて拡散接合される。なお、拡散接合温度に昇温した場合、炭素鋼よりなる変態超塑性材料は、オーステナイト(γ相)に変わる。また、前記所定時間は、前記拡散接合が十分に行われる時間であって、脆性材料の種類とその量、及び鋼系材料の種類とその量に応じて設定すればよい。
The pressure applied by the punches 64 and 66 is controlled by the control unit 80 so that only the transformed superplastic material is deformed.
The controller 80 maintains the temperature for a predetermined time after the temperature is increased by the induction heating coil 84 to the diffusion bonding temperature. By maintaining the diffusion bonding temperature for this predetermined time, the brittle material and the steel-based material are diffused and joined by promoting atomic interdiffusion. When the temperature is increased to the diffusion bonding temperature, the transformed superplastic material made of carbon steel changes to austenite (γ phase). The predetermined time is a time during which the diffusion bonding is sufficiently performed, and may be set according to the type and amount of the brittle material and the type and amount of the steel material.

前記所定時間を経過した後、制御部80は、冷却時の後熱処理を行う。
この後熱処理では、制御部80により、誘導加熱コイル84を制御して、相変態温度域をサイクルする方法(以下、サイクル処理という)と、徐冷処理と、急速に冷却して相変態温度域を通過させて、相変態温度域の下限近傍の温度で温度を保持する方法(以下、急速冷却処理)がある。
After the predetermined time has elapsed, the control unit 80 performs post heat treatment during cooling.
In the subsequent heat treatment, the control unit 80 controls the induction heating coil 84 to cycle the phase transformation temperature range (hereinafter referred to as cycle treatment), slow cooling treatment, and rapid cooling to the phase transformation temperature range. There is a method of maintaining the temperature at a temperature near the lower limit of the phase transformation temperature range (hereinafter, rapid cooling treatment).

サイクル相変態温度域をサイクルする方法では、例えば、40〜650℃/minによる温度変動で、9〜12サイクル程度が好ましいが、限定するものではない。
サイクル処理は、相変態温度域を出ることなくおこなってもよく、或いは、相変態温度域を含むように、すなわち、相変態温度域の上限値と下限値を超えて行ってもよい。
In the method of cycling the cycle phase transformation temperature range, for example, about 9 to 12 cycles are preferable with a temperature fluctuation of 40 to 650 ° C./min, but it is not limited.
The cycle treatment may be performed without leaving the phase transformation temperature range, or may be performed so as to include the phase transformation temperature range, that is, exceeding the upper limit value and the lower limit value of the phase transformation temperature range.

また、徐冷処理は、例えば、1.6℃/minによる一回の冷却である。この数値は、例示であって、限定するものではない。
この後熱処理により、各層間の接合強度は、相変態温度域に晒された累計時間に依存する。
Moreover, the slow cooling process is, for example, a single cooling at 1.6 ° C./min. This numerical value is illustrative and not limiting.
By this post heat treatment, the bonding strength between the layers depends on the accumulated time exposed to the phase transformation temperature range.

この後熱処理が相変態温度域で行われるため、冷却時に変態超塑性材料は、オーステナイト(γ相)からフェライト(α相)等への変態が行われ、この変態がされる際に、相変態誘起クリープ変形が行われて冷却時に伴い発生する熱応力が緩和される。   After this, heat treatment is performed in the phase transformation temperature range, so the transformed superplastic material undergoes transformation from austenite (γ phase) to ferrite (α phase), etc. during cooling, and when this transformation is performed, the phase transformation Induced creep deformation is performed to reduce thermal stress generated during cooling.

すなわち、脆性材料と鋼系材料との熱膨張率の差により、接合体に熱応力が発生するが、その熱応力は冷却とともに、増大する。このとき、変態超塑性材料は、相変態温度域で、γ相→α相の相変態を起こす。γ相中のα相生成は、体積膨張を伴うため、体積膨張により生ずる弾性応力を緩和するためにα相のまわりに転位が生成する。これらの転位は、変態超塑性材料に生じた熱応力の勾配をなくす方向に移動する。そして、この熱応力緩和機構では、熱応力が大きいほど誘起される塑性変形も増大し、しかも、この塑性変形は、熱応力の下で作用する高温クリープである。このため、相変態温度域に晒される時間が長いほどクリープ変形が進み(相変態誘起クリープ変形)、その結果、熱応力が十分に緩和される。   That is, although a thermal stress is generated in the joined body due to a difference in thermal expansion coefficient between the brittle material and the steel-based material, the thermal stress increases with cooling. At this time, the transformed superplastic material undergoes a phase transformation of γ phase → α phase in the phase transformation temperature range. Since the α phase generation in the γ phase is accompanied by volume expansion, dislocations are generated around the α phase in order to relax the elastic stress caused by the volume expansion. These dislocations move in a direction that eliminates the gradient of thermal stress generated in the transformed superplastic material. In this thermal stress relaxation mechanism, the greater the thermal stress, the more plastic deformation is induced, and this plastic deformation is high-temperature creep that acts under thermal stress. For this reason, the longer the time of exposure to the phase transformation temperature range, the more creep deformation progresses (phase transformation induced creep deformation), and as a result, the thermal stress is sufficiently relaxed.

なお、この後熱処理中は、パンチ64、66による外力を付与しないで行い、熱応力のみを駆動力として自発的に緩和を継続させる。後熱処理が終了した後、室温まで温度を低下させる。   During the subsequent heat treatment, an external force is not applied by the punches 64 and 66, and the relaxation is spontaneously continued using only the thermal stress as a driving force. After the post heat treatment is completed, the temperature is lowered to room temperature.

このようにして熱応力が緩和された接合体を得る。
(実施例)
次に、実施例を図3、図4、図5を参照して説明する。
In this way, a joined body with reduced thermal stress is obtained.
(Example)
Next, an embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5.

実施例1〜4は、下記の材料を使用した。
・脆性材料:タングステンW(エスタン(登録商標)日本タングステン株式会社製)
・変態超塑性材料(中間材):S50C鋼(Fe−0.5C−0.75Mn−0.2Si)、
・鋼系材料:ODS鋼((Fe−15%Cr−2%W−0.2%Ti−0.35%Y)(KOBELCO Co.製))
また、比較例では、変態超塑性材料の代わりに、中間材として純鉄を使用した。
Examples 1-4 used the following materials.
・ Brittle material: Tungsten W (Estan (registered trademark) manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.)
Transformation superplastic material (intermediate material): S50C steel (Fe-0.5C-0.75Mn-0.2Si),
- Steel material: ODS steel ((Fe-15% Cr- 2% W-0.2% Ti-0.35% Y 2 O 3) ( manufactured by KOBELCO Co.))
In the comparative example, pure iron was used as an intermediate material instead of the transformed superplastic material.

脆性材料は厚さ2mm、中間材は厚さ1mm、鋼系材料は厚さ2mmとした。
そして、前記製造装置を使用して、昇温期間中に圧縮応力10〜50MPaで材料に圧縮圧力を掛けて拡散接合温度(1240℃)まで加熱した。
The brittle material was 2 mm thick, the intermediate material was 1 mm thick, and the steel material was 2 mm thick.
And using the said manufacturing apparatus, the compression pressure was applied to the material with the compressive stress of 10-50 MPa during the temperature rising period, and it heated to the diffusion joining temperature (1240 degreeC).

なお、実施例における変態超塑性材料の相変態温度域は、740〜680℃である。
図3に示すように、実施例1〜4、及び比較例の拡散接合温度までは、室温RT(25℃)から40分かけて同じ昇温速度で誘導加熱コイル84を制御して加熱し、拡散接合温度に達した後は、所定時間(実施例では、60分)保持した後、冷却を開始した。
In addition, the phase transformation temperature range of the transformation superplastic material in an Example is 740-680 degreeC.
As shown in FIG. 3, up to the diffusion bonding temperatures of Examples 1 to 4 and the comparative example, the induction heating coil 84 is controlled and heated at the same heating rate over 40 minutes from room temperature RT (25 ° C.), After reaching the diffusion bonding temperature, cooling was started after holding for a predetermined time (in the example, 60 minutes).

(後熱処理について)
実施例1では、64℃/minで冷却を開始して接合体の温度が800℃に達した時から、温度域800〜600℃の範囲で、温度変化率650℃/minとなるように誘導加熱コイル84を制御して、サイクルを、10.5回行った。なお、この温度域800〜600℃は、相変態温度域が740〜680℃が含まれる範囲である。サイクル処理後は、炉の中で室温まで自然冷却した。
(About post heat treatment)
In Example 1, the cooling is started at 64 ° C./min and the temperature of the joined body reaches 800 ° C., so that the temperature change rate is in the range of 800 to 600 ° C. and the temperature change rate is 650 ° C./min. The heating coil 84 was controlled and the cycle was performed 10.5 times. In addition, this temperature range 800-600 degreeC is a range where the phase transformation temperature range includes 740-680 degreeC. After the cycle treatment, it was naturally cooled to room temperature in a furnace.

実施例2では、冷却を開始して接合体の温度が800℃に達した時から温度域800〜600℃の範囲で、温度変化率40℃/minとなるように誘導加熱コイル84を制御して、サイクルを10.5回行った。サイクル処理後は、室温まで自然冷却した(図3参照)。   In Example 2, the induction heating coil 84 is controlled so that the temperature change rate is 40 ° C./min in the temperature range of 800 to 600 ° C. after the cooling starts and the temperature of the joined body reaches 800 ° C. The cycle was performed 10.5 times. After the cycle treatment, it was naturally cooled to room temperature (see FIG. 3).

実施例3は、急速冷却処理の例であり、冷却開始後は、40℃/minとなるように誘導加熱コイル84を制御して、600℃まで急速冷却し、600℃まで達した後は、この温度を保持させて、冷却を開始して130分を経過した後は、室温まで自然冷却した。   Example 3 is an example of a rapid cooling process, and after starting cooling, the induction heating coil 84 is controlled to be 40 ° C./min, rapidly cooled to 600 ° C., and after reaching 600 ° C., After maintaining this temperature and starting cooling for 130 minutes, it was naturally cooled to room temperature.

実施例4は、徐冷処理の例であり、冷却開始後は、1.6℃/minとなるように誘導加熱コイル84を制御して、600℃まで徐冷し、冷却を開始して130分を経過した後は、室温まで自然冷却した(図3参照)。   Example 4 is an example of gradual cooling treatment, and after starting cooling, the induction heating coil 84 is controlled to be 1.6 ° C./min, gradually cooled to 600 ° C., cooling is started, and 130 is reached. After a minute, it was naturally cooled to room temperature (see FIG. 3).

比較例は、実施例3と同様に冷却開始後は、40℃/minとなるように誘導加熱コイル84を制御して、600℃まで急速冷却し、600℃まで達した後は、室温まで自然冷却した。   In the comparative example, after the start of cooling as in Example 3, the induction heating coil 84 is controlled so as to be 40 ° C./min, rapidly cooled to 600 ° C., and after reaching 600 ° C., it is naturally cooled to room temperature. Cooled down.

(評価)
次に、実施例1〜4及び比較例の微小4点曲げ強度試験と、中間材の引張り試験を説明する。
(Evaluation)
Next, a micro four-point bending strength test of Examples 1 to 4 and a comparative example and a tensile test of an intermediate material will be described.

(微小4点曲げ強度試験)
微小4点曲げ強度試験に使用する接合体の試験片Sは、図4に示すように、幅2.4mm、厚さ0.5mm、全長5.0mmを有し、また、長さ方向において、中間材は1.0mm、他の部材はそれぞれ2.0mm有する。
(Fine 4-point bending strength test)
As shown in FIG. 4, the test piece S of the joined body used for the micro four-point bending strength test has a width of 2.4 mm, a thickness of 0.5 mm, and an overall length of 5.0 mm. The intermediate material has 1.0 mm, and the other members have 2.0 mm.

一方、図5に示すように、微小4点曲げ強度試験装置100は、試験片受台101の頂面に3.0mmの間隔で2個の押しピン102、103が載せられている。ピン102、103は、直径0.5mmの円柱に形成されている。   On the other hand, as shown in FIG. 5, in the micro four-point bending strength test apparatus 100, two push pins 102 and 103 are placed on the top surface of the test piece base 101 at intervals of 3.0 mm. The pins 102 and 103 are formed in a cylinder having a diameter of 0.5 mm.

上部荷重治具105は、底面に0.8mmの間隔をおいて2個の荷重作用ピン107、108を有する。荷重作用ピン107、108は、直径0.5mmの円柱状に形成されている。   The upper load jig 105 has two load action pins 107 and 108 with a spacing of 0.8 mm on the bottom surface. The load acting pins 107 and 108 are formed in a cylindrical shape having a diameter of 0.5 mm.

図5に示すように、前記試験片Sは、試験片受台101に固定されたガイド110にて試験片受台101上の位置が規制されるとともに、押しピン102、103の上に載置される。すなわち、押しピン102は、脆性材料(タングステンW)の端面から0.25mm分離間した試験片Sの下面を支持する一方、押しピン103は、そこから3mm分離間した下面を支持する。   As shown in FIG. 5, the position of the test piece S on the test piece receiving base 101 is regulated by a guide 110 fixed to the test piece receiving base 101 and placed on the push pins 102 and 103. Is done. That is, the push pin 102 supports the lower surface of the test piece S separated by 0.25 mm from the end face of the brittle material (tungsten W), while the push pin 103 supports the lower surface separated by 3 mm therefrom.

また、上部荷重治具105の荷重作用ピン107は、タングステンWと中間材との境界面から、0.25mm分タングステンW側に寄った位置に荷重作用ピン107、108の間の中間部位を合致させる。   Further, the load application pin 107 of the upper load jig 105 matches the intermediate portion between the load application pins 107 and 108 at a position 0.25 mm closer to the tungsten W side from the boundary surface between the tungsten W and the intermediate material. Let

上記のように試験片Sを、微小4点曲げ強度試験装置100にセットし、122.05gの荷重を1×10−3mm/sで試験片Sに室温の下で引加した。その結果を図6に示す。 As described above, the test piece S was set in the micro four-point bending strength test apparatus 100, and a load of 122.05 g was applied to the test piece S at 1 × 10 −3 mm / s at room temperature. The result is shown in FIG.

図6(a)〜図6(d)は、実施例1〜実施例4の微小曲げ強度試験による破壊応力の大きさを示している。図中、CP−1、CP−2、CP−3、CP−4は、実施例1〜実施例4の試験片Sを意味している。点線は、複数の試験片Sの平均値であり、実線は、そのうちの最大値を示している。   6 (a) to 6 (d) show the magnitude of the fracture stress by the micro bending strength test of Examples 1 to 4. FIG. In the figure, CP-1, CP-2, CP-3, and CP-4 mean the test pieces S of Examples 1 to 4. The dotted line is an average value of the plurality of test pieces S, and the solid line indicates the maximum value among them.

実施例1では、平均値260MPa、最大値290MPaであった。
実施例2では、平均値364MPa、最大値375MPaであった。
実施例3では、平均値287MPa、最大値373MPaであった。
In Example 1, the average value was 260 MPa and the maximum value was 290 MPa.
In Example 2, the average value was 364 MPa and the maximum value was 375 MPa.
In Example 3, the average value was 287 MPa, and the maximum value was 373 MPa.

実施例4では、平均値377MPa、最大値478MPaであった。
また、図6(a)〜図6(d)において、中間材に純鉄を使用した比較例は、平均値324MPaであった。
In Example 4, the average value was 377 MPa and the maximum value was 478 MPa.
6A to 6D, the comparative example using pure iron as the intermediate material had an average value of 324 MPa.

このように中間材として、炭素鋼よりなる変態超塑性材料を使用する実施例の場合と、純鉄を使用する比較例の場合、破壊応力は、ともに好適な値が得られた。
また、実施例1、実施例2の結果から、変態超塑性が誘起するサイクル熱処理(サイクル数、冷却速度)では、破壊応力は依存していないことが分かる。
Thus, in the case of the Example which uses the transformation superplastic material which consists of carbon steel as an intermediate material, and the comparative example which uses pure iron, the fracture stress had a suitable value.
Moreover, it can be seen from the results of Examples 1 and 2 that the fracture stress does not depend on the cyclic heat treatment (number of cycles, cooling rate) induced by transformation superplasticity.

また、実施例2及び実施例4に示す徐冷処理では、平均値及び最大値とも、純鉄の場合よりも大きな破壊応力が得られた。
図7は、実施例2と同様に後熱処理において、サイクル処理(10回)を行うが、その処理時間の累計時間を異ならしめて試験片Sを製造した後、前記微小曲げ強度試験を行い、それぞれの破壊応力を測定した。
Moreover, in the slow cooling process shown in Example 2 and Example 4, the fracture | rupture stress larger than the case of pure iron was obtained for both the average value and the maximum value.
FIG. 7 shows a cycle treatment (10 times) in the post-heat treatment as in Example 2. After the test piece S was manufactured by changing the accumulated time of the treatment time, the microbending strength test was conducted. The fracture stress of was measured.

図7中、異なる累計時間において、製造した試験片Sの平均値を●で示し、最大値を◇で示す。図7に示すように、平均値及び最大値とも、変態がより長く継続する熱処理が最も効果的であることが分かる。   In FIG. 7, the average value of the manufactured specimens S is indicated by ● and the maximum value is indicated by ◇ at different cumulative times. As shown in FIG. 7, it can be seen that a heat treatment in which the transformation continues for a longer time is the most effective for both the average value and the maximum value.

(中間材の引張試験)
中間材の機械的特性を見るために、中間材としての、S50C鋼と、比較例で使用した純鉄の引張試験を行った。図8は、中間材の引張試験で使用した試験片の形状及び大きさを示している。ここでの試験片の大きさは、図8に示すように下記の通りとした。
(Intermediate tensile test)
In order to see the mechanical properties of the intermediate material, tensile tests were performed on S50C steel as the intermediate material and pure iron used in the comparative example. FIG. 8 shows the shape and size of the test piece used in the tensile test of the intermediate material. The size of the test piece here was as follows as shown in FIG.

全長:16mm、厚さ:0.5mm、端部の幅:4.0mm、平行部の長さ:5.0mm、平行部の幅:1.2mm、肩部の半径:1.5mm、端部から平行部までの長さ:5.5mm
図9は引張試験の結果を示し、同図において、縦軸は降伏応力である。図9に示すように、S50C鋼と、純鉄(pure iron)とでは、310MPaの差分、S50C鋼が大きな降伏応力を有する。この結果、S50C鋼の方が緩和材として寄与することが分かる。この場合、S50C鋼での変形は、一般的な降伏現象ではない。
Total length: 16 mm, thickness: 0.5 mm, end width: 4.0 mm, parallel length: 5.0 mm, parallel width: 1.2 mm, shoulder radius: 1.5 mm, end To parallel part: 5.5mm
FIG. 9 shows the result of the tensile test, in which the vertical axis represents the yield stress. As shown in FIG. 9, S50C steel and pure iron have a difference of 310 MPa, and S50C steel has a large yield stress. As a result, it can be seen that S50C steel contributes as a relaxation material. In this case, deformation in S50C steel is not a common yielding phenomenon.

上記の試験の結果から、下記のことが分かる。
すなわち、純鉄を中間材とする比較例の接合体での熱応力緩和機構では、S50C鋼よりも低い降伏応力を有することによって変形能が向上しており、このことによって、接合体における熱応力の緩和に寄与している。
From the above test results, the following can be understood.
That is, in the thermal stress relaxation mechanism in the joined body of the comparative example using pure iron as an intermediate material, the deformability is improved by having a yield stress lower than that of S50C steel. It contributes to the relaxation of

これに対して、S50C鋼を中間材とする実施例の接合体での熱応力緩和機構では、降伏応力が高く、変形能は純鉄の場合よりも低いため、変態誘起による高温クリープ変形発現によって熱応力緩和が行われていることが示唆されている。   On the other hand, in the thermal stress relaxation mechanism in the joined body of the example using S50C steel as an intermediate material, the yield stress is high and the deformability is lower than that of pure iron. It is suggested that thermal stress relaxation is performed.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)本実施形態の接合体の製造装置50は、一対のパンチ64、66、及び一対のシリンダ機構68、70にて、脆性材料と鋼系材料との間に炭素鋼よりなる変態超塑性材料が中間材として配置された状態で、前記脆性材料と前記鋼系材料に対して圧縮圧力を付与する圧縮応力付与部を構成している。また、製造装置50は、脆性材料と鋼系材料とを加熱する誘導加熱コイル84(加熱部)を有する。
This embodiment has the following features.
(1) The joined body manufacturing apparatus 50 according to this embodiment uses a pair of punches 64 and 66 and a pair of cylinder mechanisms 68 and 70 to transform superplasticity made of carbon steel between a brittle material and a steel-based material. In a state where the material is arranged as an intermediate material, a compressive stress applying portion that applies a compressive pressure to the brittle material and the steel material is configured. In addition, the manufacturing apparatus 50 includes an induction heating coil 84 (heating unit) that heats the brittle material and the steel material.

また、製造装置は、誘導加熱コイル84(加熱部)を加熱制御して、脆性材料と鋼系材料の拡散接合温度まで加熱させ、その加熱中に圧縮応力付与部を変位制御する制御部80を有する。また、制御部80は、中間材にのみ変形を与えて、タングステンとS50C鋼とを接合させ、その後、中間材の相変態温度域におけるサイクル処理または徐冷処理で、冷却を行う。   In addition, the manufacturing apparatus controls the induction heating coil 84 (heating unit) to heat up to the diffusion bonding temperature of the brittle material and the steel material, and controls the displacement of the compressive stress applying unit during the heating. Have. Moreover, the control part 80 gives a deformation | transformation only to an intermediate material, joins tungsten and S50C steel, and performs cooling by the cycle process or slow cooling process in the phase transformation temperature range of an intermediate material after that.

この結果、本実施形態の接合体の製造装置によって、母材の脆化の虞がなく、接合後の冷却過程で発生する熱応力が除去されることにより、接合強度の向上を図ることができる接合体を好適に製造することができる。   As a result, the joined body manufacturing apparatus of the present embodiment eliminates the risk of embrittlement of the base material, and can remove the thermal stress generated in the cooling process after joining, thereby improving the joining strength. A joined body can be manufactured suitably.

(2)本実施形態の接合体の製造方法は、熱膨張率が小さい脆性材料層20と熱膨張率が大きい鋼系材料層30とを含み、両者を拡散接合により接合する接合体の製造方法であって、脆性材料と鋼系材料との間に、炭素鋼よりなる変態超塑性材料を中間材として挿入する段階を有する。また、該製造方法は、脆性材料と鋼系材料とを拡散合する段階と、拡散接合後、脆性材料の残留熱応力を緩和する段階とを含む。 (2) The manufacturing method of the joined body of this embodiment includes the brittle material layer 20 having a small thermal expansion coefficient and the steel-based material layer 30 having a large thermal expansion coefficient, and a joined body manufacturing method in which both are joined by diffusion bonding. And it has the step which inserts the transformation superplastic material which consists of carbon steel as an intermediate material between a brittle material and steel-type material. Further, the production method includes the steps of diffusing junction a brittle material and steel material, after diffusion bonding, and steps to mitigate the residual thermal stress of the brittle material.

この結果、本実施形態の製造方法によって、母材の脆化の虞がなく、接合後の冷却過程で発生する熱応力が除去されることにより、接合強度の向上を図ることができる接合体を好適に製造することができる。   As a result, according to the manufacturing method of the present embodiment, there is no risk of embrittlement of the base material, and the joined body that can improve the joining strength by removing the thermal stress generated in the cooling process after joining is obtained. It can manufacture suitably.

(3)本実施形態の接合体の製造方法は、熱膨張率が小さい脆性材料と熱膨張率が大きい鋼系材料とを含み、両者を拡散接合により接合する接合体の製造方法であって、脆性材料(タングステン)と鋼系材料(ODS鋼)との間に、変態超塑性材料(S50C鋼)を中間材として挿入する段階を備える。また、本製造方法は、脆性材料(タングステン)と鋼系材料(ODS鋼)とを拡散合する段階を有し、拡散接合後、脆性材料(タングステン)の残留熱応力を緩和する段階を有する。 (3) The manufacturing method of the joined body of the present embodiment includes a brittle material having a small thermal expansion coefficient and a steel-based material having a large thermal expansion coefficient, and is a manufacturing method of a joined body that joins both by diffusion bonding, A step of inserting a transformation superplastic material (S50C steel) as an intermediate material between a brittle material (tungsten) and a steel-based material (ODS steel) is provided. Further, the method includes the step of diffusing junction brittle material and (tungsten) and steel material (ODS steel), after diffusion bonding, comprising the step of relaxing the residual thermal stress of brittle material (tungsten) .

この結果、本実施形態によれば、拡散接合後において、脆性材料(タングステン)の残留熱応力を緩和することができる。
(4)本実施形態の接合体の製造方法では、拡散合する段階は、中間材の相変態温度域を超える温度で行う。また、脆性材料の残留熱応力を緩和する段階は、拡散接合を相変態温度域を超える温度で行った後において、中間材の相変態温度域における後熱処理により、相変態誘起クリープ変形により脆性材料と鋼系材料との間の熱応力を緩和する。
As a result, according to the present embodiment, the residual thermal stress of the brittle material (tungsten) can be relaxed after diffusion bonding.
(4) In the method for manufacturing the bonded body of the present embodiment, the step of diffusing junction is carried out at a temperature above the phase transformation temperature range of the intermediate member. In addition, the step of relieving the residual thermal stress of the brittle material is carried out by performing post-heat treatment in the phase transformation temperature range of the intermediate material after diffusion bonding is performed at a temperature exceeding the phase transformation temperature range, thereby causing the brittle material by phase transformation-induced creep deformation. Relieve thermal stress between steel and steel materials.

この結果、本実施形態によれば、中間材の相変態温度域を超える温度で、拡散合を行わせた後における後熱処理において、脆性材料と鋼系材料との間の熱応力を好適に緩和することができる。 As a result, according to this embodiment, at a temperature above the phase transformation temperature range of the intermediate member, the post heat treatment after providing to perform the diffusion junction, preferably the thermal stresses between the brittle material and steel material Can be relaxed.

(5)本実施形態の接合体の製造方法では、後熱処理は、中間材の相変態温度域におけるサイクル処理または徐冷処理とする。この結果、本実施形態によれば、中間材の相変態温度域におけるサイクル処理または徐冷処理によって、脆性材料と鋼系材料との間の熱応力を好適に緩和することができる。   (5) In the manufacturing method of the joined body of this embodiment, the post-heat treatment is a cycle treatment or a slow cooling treatment in the phase transformation temperature range of the intermediate material. As a result, according to the present embodiment, the thermal stress between the brittle material and the steel-based material can be suitably relaxed by the cycle process or the slow cooling process in the phase transformation temperature range of the intermediate material.

(第3実施形態)
次に、構造体を、図10を参照して説明する。
図10の構造体は、脆性材料層90、変態超塑性材料層92、及び鋼系材料層93がそれぞれ平板をなして層状に積層された平板型となっており、鋼系材料層93に鉄鋼製の管94が積層方向とは直交する方向において延びて配置されている。
(Third embodiment)
Next, the structure will be described with reference to FIG.
The structure of FIG. 10 is a flat plate type in which a brittle material layer 90, a transformation superplastic material layer 92, and a steel-based material layer 93 are each formed into a flat plate, and the steel-based material layer 93 is coated with steel. A tube 94 made of metal is arranged so as to extend in a direction perpendicular to the stacking direction.

脆性材料層90は、受熱部であり、鋼系材料層93は、徐熱部を構成している。また、管94は熱媒体通過部としている。熱媒体は、例えば、加圧水、溶融塩Flibe(LiF−BeF混合フッ化物溶融塩)等を挙げることができる。なお、熱媒体としては、上記挙げたものに限定されるものではなく、他の熱媒体であってもよい。 The brittle material layer 90 is a heat receiving part, and the steel material layer 93 constitutes a gradual heating part. The tube 94 is a heat medium passage. Examples of the heat medium include pressurized water, molten salt Flabe (LiF-BeF 2 mixed fluoride molten salt), and the like. In addition, as a heat medium, it is not limited to the above-mentioned thing, Another heat medium may be sufficient.

本実施形態の構造体は、鋼系材料層をヒートシンクとした冷却器であって、例えば、核融合発電炉のブランケットで使用することができ、高熱負荷に対応することができる。すなわち、受熱部である脆性材料層90が入熱した熱を、徐熱部である鋼系材料層93において、管94内を流れる熱媒体にて徐熱することが可能である。   The structure of the present embodiment is a cooler using a steel-based material layer as a heat sink, and can be used, for example, in a blanket of a nuclear power generation reactor, and can cope with a high heat load. That is, the heat input by the brittle material layer 90 as the heat receiving portion can be gradually heated by the heat medium flowing in the tube 94 in the steel-based material layer 93 as the gradually heating portion.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1)本実施形態の構造体は、徐熱部(鋼系材料層93)の内には、熱媒体が通過する熱媒体通過部(管94)を有し、徐熱部からの熱を熱媒体通過部に流れる熱媒体がさらに徐熱するようにしている。この結果、本実施形態によれば、徐熱部である鋼系材料層において、熱媒体通過部内を流れる熱媒体にて徐熱することができる。
This embodiment has the following features.
(1) The structure of this embodiment has a heat medium passage part (tube 94) through which the heat medium passes in the gradually heating part (steel-based material layer 93), and heat from the gradually heating part. The heat medium flowing through the heat medium passage part is further gradually heated. As a result, according to this embodiment, in the steel-based material layer that is the gradually heating part, it is possible to gradually heat with the heat medium flowing in the heat medium passing part.

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・前記実施形態の製造装置50は、圧縮応力付与部を一対のパンチ64、66、及び一対のシリンダ機構68、70を含むようにしたが、前記実施形態の構成中、一方のパンチと該パンチを駆動するシリンダ機構を省略した構成を圧縮応力付与部としてもよい。
In addition, embodiment of this invention is not limited to the said embodiment, You may change as follows.
In the manufacturing apparatus 50 of the embodiment, the compressive stress applying portion includes the pair of punches 64 and 66 and the pair of cylinder mechanisms 68 and 70. However, in the configuration of the embodiment, one punch and the punch It is good also considering the structure which abbreviate | omitted the cylinder mechanism which drives A as a compressive-stress provision part.

・第3実施形態では、構造体を平板型にしたが、構造体を図11に示すサドル型の構造体に変更してもよい。
すなわち、図11に示すように、構造体は、脆性材料層90の接合面側に設けられた逆U字状の溝に円管状の変態超塑性材料層92の上半分が嵌合されている。
-In 3rd Embodiment, although the structure was made into the flat plate type, you may change a structure into the saddle type structure shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 11, the upper half of the tubular transformation superplastic material layer 92 is fitted into an inverted U-shaped groove provided on the joint surface side of the brittle material layer 90. .

また、変態超塑性材料層92の下半分は、鋼系材料層93bのU字状の溝に嵌合されている。変態超塑性材料層92内には鋼系材料層93aが管状に形成されていて、その中に前記熱媒体が通過する管94が配置されている。   Further, the lower half of the transformed superplastic material layer 92 is fitted in a U-shaped groove of the steel-based material layer 93b. A steel-based material layer 93a is formed in a tubular shape in the transformed superplastic material layer 92, and a tube 94 through which the heat medium passes is disposed.

鋼系材料層93bは、脆性材料層90の下面に対しても接合されている。なお、図11では図示はしていないが、脆性材料層90の下面と鋼系材料層93bとの接合部分には、中間材を介在させてもよく、タングステンWの厚みよって、熱応力の影響がない場合には、従来と同様にろう材を介して接合してもよい。   The steel material layer 93 b is also bonded to the lower surface of the brittle material layer 90. Although not shown in FIG. 11, an intermediate material may be interposed at the joint between the lower surface of the brittle material layer 90 and the steel-based material layer 93b, and the influence of thermal stress depends on the thickness of the tungsten W. When there is no, it may be joined via a brazing material as in the conventional case.

図11の例では、上記のように脆性材料層90の変態超塑性材料層92側の接合面が逆U字状に形成されていることから、発生した熱応力を低減することができる。
第3実施形態と同様に本実施形態の構造体は、核融合発電炉のブランケットで使用することができ、高熱負荷に対応することができる。また、本実施形態は、受熱部である脆性材料層90が入熱した熱を、徐熱部である鋼系材料層93a、93bにおいて、管94内を流れる熱媒体にて徐熱することが可能である。
In the example of FIG. 11, since the joint surface of the brittle material layer 90 on the transformation superplastic material layer 92 side is formed in an inverted U shape, the generated thermal stress can be reduced.
Similar to the third embodiment, the structure of the present embodiment can be used in a blanket of a fusion power reactor and can cope with a high heat load. In the present embodiment, the heat input by the brittle material layer 90 as the heat receiving portion is gradually heated by the heat medium flowing in the pipe 94 in the steel-based material layers 93a and 93b as the gradually heating portions. Is possible.

・第3実施形態において、構造体を図12に示すようにモノブロック型に変更してもよい。具体的には、脆性材料層90をモノブロック状に形成し、この内部に、管状の変態超塑性材料層92及び管状の鋼系材料層93を二層構造にして配置する。   In the third embodiment, the structure may be changed to a monoblock type as shown in FIG. Specifically, the brittle material layer 90 is formed in a monoblock shape, and the tubular transformation superplastic material layer 92 and the tubular steel-based material layer 93 are arranged in a two-layer structure therein.

この例の構造体は、前記ブランケットで使用することができ、高熱負荷に対応することができる。また、本実施形態の熱媒体は、受熱部である脆性材料層90が入熱した熱を、徐熱部である鋼系材料層93内を流れる熱媒体にて徐熱することが可能である。なお、図12において、鋼系材料層93内にさらに管を配置して三層構造としてもよい。   The structure of this example can be used in the blanket and can handle high heat loads. In addition, the heat medium of the present embodiment can gradually heat the heat input by the brittle material layer 90 as the heat receiving part with the heat medium flowing in the steel material layer 93 as the slow heat part. . In addition, in FIG. 12, it is good also as a three-layer structure by arrange | positioning a pipe | tube in the steel-type material layer 93 further.

・図10〜図12の実施形態において、構造体は断面四角形状としているが、これらは一例であって、断面四角形状に限定するものではなく、他の形状としてもよい。   In the embodiment of FIGS. 10 to 12, the structure has a quadrangular cross section, but these are only examples, and are not limited to a quadrangular cross section, and may have other shapes.

10…接合体、20…脆性材料層、30…鋼系材料層、
40…変態超塑性材料層、50…製造装置、52…真空チャンバー、
60…加圧ホットプレス、62…ダイス、64…パンチ、66…パンチ、
68…シリンダ機構、70…シリンダ機構、72…油圧回路、
80…制御部、82…電流供給部、90…脆性材料層、
92…変態超塑性材料層、93…鋼系材料層、93a…鋼系材料層、
93b…鋼系材料層、94…管
100…微小4点曲げ強度試験装置、101…試験片受台、
102、103…押しピン、105…上部荷重治具、
107、108…荷重作用ピン、110…ガイド。
10 ... Joint body, 20 ... Brittle material layer, 30 ... Steel material layer,
40 ... transformation superplastic material layer, 50 ... manufacturing equipment, 52 ... vacuum chamber,
60 ... Pressure hot press, 62 ... Dies, 64 ... Punch, 66 ... Punch,
68 ... Cylinder mechanism, 70 ... Cylinder mechanism, 72 ... Hydraulic circuit,
80 ... control unit, 82 ... current supply unit, 90 ... brittle material layer,
92 ... Transformation superplastic material layer, 93 ... Steel-based material layer, 93a ... Steel-based material layer,
93b ... Steel-based material layer, 94 ... Tube 100 ... Micro four-point bending strength test apparatus, 101 ... Test piece holder
102, 103 ... push pins, 105 ... upper load jig,
107, 108: Load acting pin, 110: Guide.

Claims (5)

熱膨張率が小さい脆性材料と熱膨張率が大きい鋼系材料とを含み、両者が拡散接合された接合体において、
前記脆性材料と前記鋼系材料との間に炭素鋼よりなる変態超塑性材料が中間材として挿入されてなり、
前記脆性材料からなる層が入熱を受け入れる受熱部とし、
前記鋼系材料からなる層を前記受熱部からの熱を徐熱する徐熱部とし、
前記徐熱部の内には、熱媒体が通過する熱媒体通過部を有し、
前記徐熱部からの熱を前記熱媒体通過部に流れる前記熱媒体がさらに徐熱する接合体。
In a joined body including a brittle material having a small coefficient of thermal expansion and a steel-based material having a large coefficient of thermal expansion, both of which are diffusion-bonded,
Ri Na transformation superplastic material consisting of carbon steel between the steel material and the brittle material is inserted as an intermediate material,
The layer made of the brittle material serves as a heat receiving part that receives heat input,
The layer made of the steel material is a gradually heating part that gradually heats the heat from the heat receiving part,
In the slow heating part, it has a heat medium passage part through which the heat medium passes,
The joined body in which the heat medium flowing through the heat medium passage part further gradually heats the heat from the gradual heat part .
請求項の接合体を含む構造体であって、
前記脆性材料、前記変態超塑性材料、及び前記鋼系材料がそれぞれ層状に積層された平板型をなす構造体。
A structure including the joined body according to claim 1 ,
A structure having a flat plate shape in which the brittle material, the transformed superplastic material, and the steel material are laminated in layers .
熱膨張率が小さい脆性材料と熱膨張率が大きい鋼系材料とを含み、両者が拡散接合された接合体の製造装置であって、
前記脆性材料と前記鋼系材料との間に炭素鋼よりなる変態超塑性材料が中間材として配置された状態で、前記脆性材料と前記鋼系材料に対して圧縮圧力を付与する圧縮応力付与部と、
前記脆性材料と前記鋼系材料とを加熱する加熱部と、
前記加熱部を加熱制御して、前記脆性材料と前記鋼系材料の拡散接合温度まで加熱させ、その加熱中に前記圧縮応力付与部を変位制御して、前記中間材にのみ変形を与えて、前記脆性材料と前記鋼系材料とを接合させ、その後、前記中間材の相変態温度域におけるサイクル処理または徐冷処理で、冷却を行う制御部とを有する接合体の製造装置。
It includes a brittle material having a small coefficient of thermal expansion and a steel material having a large coefficient of thermal expansion, and is a manufacturing apparatus for a joined body in which both are diffusion bonded,
A compressive stress applying unit that applies compressive pressure to the brittle material and the steel material in a state where a transformation superplastic material made of carbon steel is disposed as an intermediate material between the brittle material and the steel material. When,
A heating section for heating the brittle material and the steel material;
Heating control of the heating part, heating to the diffusion bonding temperature of the brittle material and the steel-based material, controlling the displacement of the compressive stress applying part during the heating, giving deformation only to the intermediate material, An apparatus for manufacturing a joined body, comprising: a control unit that joins the brittle material and the steel-based material, and then cools the intermediate material by cycle treatment or slow cooling treatment in a phase transformation temperature range.
互いに熱膨張率が異なる脆性材料と鋼系材料を含み、両者を拡散接合により接合する接合体の製造方法において、
前記脆性材料と前記鋼系材料との間に、炭素鋼よりなる変態超塑性材料を中間材として挿入する段階と、
前記脆性材料と前記鋼系材料とを拡散合する段階と、
前記拡散接合後、前記脆性材料の残留熱応力を緩和する段階と、
を含み、
前記拡散接合する段階は、前記中間材の相変態温度域を超える温度で行い、
前記脆性材料の残留熱応力を緩和する段階は、前記拡散接合を相変態温度域を超える温度で行った後において、前記中間材の相変態温度域における後熱処理により、相変態誘起クリープ変形により前記脆性材料と前記鋼系材料との間の熱応力を緩和するものである接合体の製造方法。
In a manufacturing method of a joined body that includes a brittle material and a steel-based material having different coefficients of thermal expansion, and that joins both by diffusion bonding,
Inserting a transformation superplastic material made of carbon steel as an intermediate material between the brittle material and the steel material;
A step of diffusing junction with said steel-based material and the brittle material,
Relaxing the residual thermal stress of the brittle material after the diffusion bonding;
Only including,
The step of diffusion bonding is performed at a temperature exceeding the phase transformation temperature range of the intermediate material,
The step of relieving the residual thermal stress of the brittle material is performed by post-heat treatment in the phase transformation temperature range of the intermediate material after the diffusion bonding is performed at a temperature exceeding the phase transformation temperature range, and by the phase transformation induced creep deformation. The manufacturing method of the joined body which relieves the thermal stress between a brittle material and the said steel-type material .
前記後熱処理は、前記中間材の相変態温度域におけるサイクル処理または徐冷処理である請求項に記載の接合体の製造方法。 The method for manufacturing a joined body according to claim 4 , wherein the post heat treatment is a cycle treatment or a slow cooling treatment in a phase transformation temperature range of the intermediate material.
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