JP7121402B2 - Magnesium-lithium alloy joining method and joined body - Google Patents

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Description

本発明は、少なくとも一方の被接合材をマグネシウム-リチウム系合金とする場合の接合方法及び当該接合方法によって得られる接合体に関し、より具体的には、摩擦攪拌接合を用いた効率的な接合方法及び当該接合方法によって得られる接合体に関する。 The present invention relates to a joining method in which at least one of the materials to be joined is a magnesium-lithium alloy and a joined body obtained by the joining method, and more specifically, an efficient joining method using friction stir welding. and a joined body obtained by the joining method.

マグネシウムは比強度が高く、自動車、電車及び航空機等の軽量化の観点から、従来使用されてきた鉄鋼材料やアルミニウム合金の代替材料として注目されている。一方で、マグネシウム合金はHCP構造を有するため、一般的に室温での成形性に乏しい。 Magnesium has a high specific strength, and is attracting attention as an alternative material to conventionally used steel materials and aluminum alloys from the viewpoint of reducing the weight of automobiles, trains, aircraft, and the like. On the other hand, since magnesium alloys have an HCP structure, they generally have poor formability at room temperature.

これに対し、Li(リチウム)元素の添加により優れた室温成形性を発現する極めて軽量なMg-Li(マグネシウム-リチウム)系合金が提案されているが、汎用的に活用するためには接合技術の確立が必要不可欠である。 On the other hand, an extremely lightweight Mg-Li (magnesium-lithium) alloy that exhibits excellent room temperature formability by adding the Li (lithium) element has been proposed. It is essential to establish

しかしながら、マグネシウム-リチウム系合金は化学活性が高く、溶融溶接で良好な継手を得ることが困難である。例えば、非特許文献1(“Microstructure and mechanical properties of Mg-Li alloy after TIG welding”,Transactions of Nonferrous Metals Society of China,21.3(2011),477-481.)では、TIG溶接を用いてマグネシウム-リチウム系合金を接合した例が開示されているが、溶接時の温度履歴により、溶接部の結晶粒粗大化及び熱影響部の軟化が不可避である。 However, magnesium-lithium alloys have high chemical activity and it is difficult to obtain good joints by fusion welding. For example, in Non-Patent Document 1 (“Microstructure and mechanical properties of Mg-Li alloy after TIG welding”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21.3 (2011), 477-481.), TIG welding using magnesium - An example of joining a lithium-based alloy is disclosed, but due to the temperature history during welding, grain coarsening and softening of the heat-affected zone are unavoidable.

また、特許文献1(特開2008-254003号公報)では、マグネシウム-リチウム系合金板とアルミニウムまたはその合金の板とを重ね合わせ、これを摩擦攪拌により重ね合わせ接合した後、圧延することを特徴とするクラッド材の製造方法、が開示されている。 Further, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-254003), a magnesium-lithium alloy plate and an aluminum or aluminum alloy plate are overlapped, and these are overlapped and joined by friction stirring, and then rolled. is disclosed.

上記特許文献1記載のクラッド材の製造方法においては、摩擦攪拌により上下の板材が適度に攪拌拡散され固相状態で接合が行われるので、従来の圧延接合のように、マグネシウム-リチウム系合金板とアルミニウムまたはその合金の板とが当接する面を、予め酸洗いし、金属製ワイヤーブラシで磨いて酸化皮膜などを除去する前処理をしなくても強固な接合がなされ、この点で従来の圧延接合に比べて、製品コストおよび製造コストを低く抑えることができる、としている。 In the method for producing the clad material described in Patent Document 1, the upper and lower plate materials are appropriately stirred and diffused by friction stirring, and the joining is performed in a solid state. A strong bond can be achieved without the pretreatment of pickling the contact surface of the aluminum or its alloy plate and polishing it with a metal wire brush to remove the oxide film. It is said that the product cost and manufacturing cost can be kept low compared to roll bonding.

加えて、上記特許文献1記載のクラッド材の製造方法においては、摩擦攪拌接合により強固な接合が行われるので、摩擦攪拌接合の後に行われる圧延は、冷間(室温)で行っても接合力が維持されて低下することはなく、従来の圧延接合のように、室温での圧延の後にクラッド材を200~300℃程度の温度で長時間にわたり熱処理して接合力や曲げ加工性を高める必要がなく、この点でも従来の圧延接合に比べて、製品コストおよび製造コストを低く抑えることができる、としている。 In addition, in the method for producing a clad material described in Patent Document 1, since strong joining is performed by friction stir welding, the joining force can be maintained even if the rolling performed after friction stir welding is performed cold (room temperature). is maintained and does not decrease, it is necessary to heat the clad material at a temperature of about 200 to 300 ° C for a long time after rolling at room temperature to increase the bonding strength and bending workability, as in conventional roll bonding. In this respect, the product cost and manufacturing cost can be kept lower than the conventional roll joining.

“Microstructure and mechanical properties of Mg-Li alloy after TIG welding”,Transactions of Nonferrous Metals Society of China,21.3(2011),477-481."Microstructure and mechanical properties of Mg-Li alloy after TIG welding", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21.3 (2011), 477-481.

特開2008-254003号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-254003

しかしながら、上記非特許文献1で開示されている溶接方法では、得られるマグネシウム-リチウム系合金の継手強度は母材の84%以下となり、延性も母材より低下する。加えて、マグネシウム-リチウム系合金の溶融溶接では、雰囲気中の酸素を完全に排除するために大量のアルゴンを使用しなければならない。 However, with the welding method disclosed in Non-Patent Document 1, the joint strength of the obtained magnesium-lithium alloy is 84% or less of that of the base material, and the ductility is also lower than that of the base material. In addition, fusion welding of magnesium-lithium based alloys requires the use of large amounts of argon to completely exclude oxygen from the atmosphere.

また、上記特許文献1に開示されているクラッド材の製造方法では、上側に配置されたアルミニウム合金板側から摩擦攪拌接合用のツールを挿入して、上側のアルミニウム合金板と下側のマグネシウム-リチウム系合金板を接合するものであり、マグネシウム-リチウム合金板側ではツールの作用による材料流動が殆ど生じておらず、「摩擦攪拌技術」の観点からはアルミニウム合金の摩擦攪拌接合に準ずるものである。即ち、摩擦攪拌接合によってマグネシウム-リチウム系合金の良好な継手を得る方法は確立されているとは言い難い。 Further, in the clad material manufacturing method disclosed in Patent Document 1, a tool for friction stir welding is inserted from the upper aluminum alloy plate side, and the upper aluminum alloy plate and the lower magnesium- It joins lithium-based alloy plates, and almost no material flow occurs on the magnesium-lithium alloy plate side due to the action of the tool. be. That is, it is difficult to say that a method for obtaining good joints of magnesium-lithium alloys by friction stir welding has been established.

以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、少なくとも一方の被接合材をマグネシウム-リチウム系合金とする場合の簡便かつ効率的な摩擦攪拌接合方法であって、攪拌部に母材以上の強度及び塑性加工性を付与することができる接合方法、及び当該接合方法によって得られる接合体を提供することにある。また、本発明は、マグネシウム-リチウム系合金の任意の領域に母材以上の強度及び塑性加工性を付与することができる改質方法、及び当該改質方法によって得られる金属構造体を提供することも目的としている。 In view of the problems in the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a simple and efficient friction stir welding method when at least one of the materials to be welded is made of a magnesium-lithium alloy, comprising: An object of the present invention is to provide a joining method capable of imparting strength and plastic workability higher than those of a base material, and a joined body obtained by the joining method. In addition, the present invention provides a modification method capable of imparting strength and plastic workability equal to or greater than those of the base material to an arbitrary region of a magnesium-lithium alloy, and a metal structure obtained by the modification method. is also intended.

本発明者は上記目的を達成すべく、摩擦攪拌接合用ツールの材質等について鋭意研究を重ねた結果、ツール表面への被接合材(マグネシウム-リチウム系合金)の凝着を抑制すること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。 In order to achieve the above object, the present inventors have made intensive research on the materials of friction stir welding tools, etc. As a result, it has been found that the adhesion of the material to be welded (magnesium-lithium alloy) to the tool surface can be suppressed. The inventors have found that this is extremely effective, and arrived at the present invention.

即ち、本発明は、
一方の被接合材と他方の被接合材とを摩擦攪拌接合する方法であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であり、
摩擦攪拌接合用ツールとして、超硬合金製ツール、サーメット製ツール、セラミックス製ツール、金属間化合物製ツール及びセラミックス被覆ツールのうちのいずれかを使用し、
前記摩擦攪拌接合用ツールを前記一方の被接合材側に挿入すること、
を特徴とする金属材の摩擦攪拌接合方法、を提供する。
That is, the present invention
A method for friction stir welding one material to be welded and the other material to be welded, comprising:
At least one of the materials to be joined is a magnesium-lithium alloy,
Using any one of a cemented carbide tool, a cermet tool, a ceramic tool, an intermetallic compound tool and a ceramic coated tool as a friction stir welding tool,
inserting the friction stir welding tool into the one workpiece side;
A friction stir welding method for metal materials characterized by:

アルミニウム合金やマグネシウム合金は鋼製のツールで容易に摩擦攪拌することができ、ツール寿命についても特段の問題が生じないため、従来の摩擦攪拌接合ではツール価格等の観点からも鋼製(例えば、熱間工具鋼:SKD61等)のツールが使用されてきた。 Aluminum alloys and magnesium alloys can be easily friction-stirred with steel tools, and there are no particular problems with tool life. Hot work tool steel: SKD61, etc.) tools have been used.

しかしながら、本発明者が工具鋼製のツールを用いた従来公知の摩擦攪拌接合方法で、マグネシウム-リチウム系合金の接合を試みたところ、軟化したマグネシウム-リチウム系合金がツール表面に凝着し、良好な攪拌部を形成させることが困難であった。 However, when the present inventor attempted to join a magnesium-lithium alloy by a conventionally known friction stir welding method using a tool steel tool, the softened magnesium-lithium alloy adhered to the tool surface, It was difficult to form a good stirrer.

これに対し、本発明の金属材の摩擦攪拌接合方法では、摩擦攪拌接合用ツールとして、超硬合金製ツール、サーメット製ツール、セラミックス製ツール、金属間化合物製ツール及びセラミックス被覆ツールのうちのいずれかを使用することで、被接合材であるマグネシウム-リチウム系合金の凝着を効果的に低減することができる。ここで、ツール表面を無機非金属製とすることで、マグネシウム-リチウム系合金との親和性を低下させることができる(超硬合金やサーメットは金属結合相を有するが、無機非金属相が主成分である)。また、その結果、摩擦攪拌接合の温度を低下させることができ、より微細かつ均質な組織を有する、強度及び塑性加工性に優れた攪拌部を形成することができる。 On the other hand, in the friction stir welding method for metal materials of the present invention, any one of cemented carbide tools, cermet tools, ceramic tools, intermetallic compound tools and ceramic coated tools is used as the friction stir welding tool. Adhesion of the magnesium-lithium alloy, which is the material to be joined, can be effectively reduced by using the above. Here, by making the tool surface made of inorganic non-metal, it is possible to reduce the affinity with the magnesium-lithium alloy (cemented carbide and cermet have a metallic bonding phase, but the inorganic non-metallic phase is the main component). In addition, as a result, the temperature of the friction stir welding can be lowered, and a stir zone having a finer and more homogeneous structure and excellent strength and plastic workability can be formed.

また、本発明の金属材の接合方法では、(1)金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその加工部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合、(2)金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその接合部で移動させずに回転させて接合するスポット接合、(3)金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその箇所で移動させずに回転させて金属板同士を接合するスポット接合、(4)金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその接合部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合の(1)~(4)の4つの態様およびこれらの組み合わせを含むが、摩擦攪拌接合用ツールはマグネシウム-リチウム系合金に挿入する。本発明の金属材の接合方法ではツール表面へのマグネシウム-リチウム系合金の凝着が抑制されることに加え、塑性変形抵抗が小さなマグネシウム-リチウム系合金にツールを挿入することで、ツール寿命を向上させることもできる。 Further, in the method of joining metal materials of the present invention, (1) the ends of the metal plates are butted together to form a joining portion, and the rotating tool is rotated and moved along the longitudinal direction of the processed portion to join the metal plates together. (2) spot welding in which the ends of metal plates are butted against each other to form a joint portion, and a rotating tool is rotated at the joint portion without moving and joined by rotating; (3) metal plates are overlapped at the joint portion spot welding, in which the metal plates are joined together by inserting a rotating tool into the joint and rotating the rotary tool without moving it at that spot; Including the four aspects (1) to (4) of joining metal plates by inserting a tool and rotating and moving the rotary tool along the longitudinal direction of the joint, and combinations thereof, A friction stir welding tool is inserted into a magnesium-lithium alloy. In the metal material joining method of the present invention, adhesion of magnesium-lithium alloy to the tool surface is suppressed, and the tool life is extended by inserting the tool into a magnesium-lithium alloy with low plastic deformation resistance. can also be improved.

本発明の金属材の接合方法では、摩擦攪拌接合用ツールを一方の被接合材側(マグネシウム-リチウム系合金側)に挿入すること、を特徴の一つとしている。より具体的には、一方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であり、他方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金以外である場合、突合せ接合においては、摩擦攪拌接合用ツールの中心(プローブ部の中心)を突合せ面よりも一方の被接合材側とし、重ね合わせ接合においては、一方の被接合材を上側に配置し、当該一方の被接合材側から摩擦攪拌接合用ツールを挿入する。 One of the features of the metal material joining method of the present invention is that the friction stir welding tool is inserted into one of the materials to be joined (magnesium-lithium alloy side). More specifically, when one material to be welded is a magnesium-lithium alloy and the other material to be welded is not a magnesium-lithium alloy, in butt welding, the center of the friction stir welding tool (probe The center of the part) is placed on one of the welded materials side from the butt surface, and in lap welding, one welded material is placed on the upper side, and a friction stir welding tool is inserted from the one welded material side. .

なお、ツールの回転速度、移動速度、挿入量及び印加荷重等の一般的な摩擦攪拌接合条件は、攪拌部における欠陥形成及び接合効率等の観点から適宜設定すればよい。また、ツールの形状は本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の摩擦攪拌接合用ツールの形状を用いることができる。 General friction stir welding conditions such as tool rotation speed, movement speed, insertion amount and applied load may be appropriately set from the viewpoint of defect formation in the stir zone, welding efficiency, and the like. Moreover, the shape of the tool is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and various shapes of conventionally known friction stir welding tools can be used.

また、本発明の金属材の接合方法においては、前記他方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であること、が好ましい。被接合材を共にマグネシウム-リチウム系合金とすることで、マグネシウム-リチウム系合金に対する摩擦攪拌作用の重要性が増加することから、本発明の金属材の接合方法の作用効果をより顕著に得ることができる。 Further, in the method for joining metal materials according to the present invention, it is preferable that the other material to be joined is a magnesium-lithium alloy. By using a magnesium-lithium alloy as both the materials to be joined, the importance of the friction stir action on the magnesium-lithium alloy increases, so that the effects of the metal material joining method of the present invention can be obtained more remarkably. can be done.

また、本発明の金属材の接合方法においては、前記摩擦攪拌接合用ツールの表面に溝加工が施されていないこと、が好ましい。アルミニウム合金やマグネシウム合金の摩擦攪拌接合ではツール摩耗やツール破断が生じ難いため、ツールによる攪拌効果を増大させるためにショルダ部底面やプローブ部側面に螺子加工等の溝加工が施されるのが一般的である。これに対し、それらの溝加工をツールに施さないことで、ツール表面へのマグネシウム-リチウム系合金の凝着を抑制することができる。一方で、マグネシウム-リチウム系合金は優れた塑性加工性を有していることから、溝加工を有さないツールでも十分に材料流動が生じ、攪拌部を形成させることができる。なお、溝加工が施されていない摩擦攪拌接合用ツールとは、平面状態のショルダ底面及びプローブ側面を有するツールを意味する。 In the method for joining metal materials according to the present invention, it is preferable that the surface of the friction stir welding tool is not grooved. In friction stir welding of aluminum alloys and magnesium alloys, tool wear and tool breakage are unlikely to occur, so groove processing such as threading is generally performed on the bottom surface of the shoulder portion and the side surface of the probe portion in order to increase the stirring effect of the tool. target. On the other hand, the adhesion of the magnesium-lithium-based alloy to the tool surface can be suppressed by not performing such groove processing on the tool. On the other hand, since the magnesium-lithium alloy has excellent plastic workability, it is possible to sufficiently flow the material even with a tool that does not have grooving, and to form a stir zone. The friction stir welding tool that is not grooved means a tool that has a planar shoulder bottom surface and probe side surface.

また、本発明の金属材の接合方法においては、前記摩擦攪拌接合用ツールのショルダ部最外周の周速を23.6mm/s~78.5mm/sとすること、が好ましい。当該周速範囲はマグネシウム合金の摩擦攪拌接合においては常識外の低速領域であるが、室温加工性を有するマグネシウム-リチウム系合金を被接合材とする場合は、十分な摩擦攪拌作用を得ることができる。ここで、ショルダ部最外周の周速を23.6mm/s以上とすることで、攪拌不足による欠陥の形成を抑制することができ、78.5mm/s以下とすることで、ツール表面へのマグネシウム-リチウム系合金の凝着による欠陥の形成、攪拌部の表面酸化及び液相の生成を抑制することができる。 In the method for joining metal materials according to the present invention, it is preferable that the peripheral speed of the outermost periphery of the shoulder portion of the friction stir welding tool is 23.6 mm/s to 78.5 mm/s. This peripheral speed range is an uncommonly low speed range for friction stir welding of magnesium alloys, but sufficient friction stir action can be obtained when a magnesium-lithium alloy with room temperature workability is used as the material to be welded. can. Here, by setting the peripheral speed of the outermost periphery of the shoulder portion to 23.6 mm/s or more, it is possible to suppress the formation of defects due to insufficient stirring, and by setting it to 78.5 mm/s or less, it is possible to suppress the formation of defects on the tool surface. It is possible to suppress the formation of defects due to the adhesion of magnesium-lithium alloys, the surface oxidation of the stirring part, and the formation of a liquid phase.

また、本発明の金属材の接合方法においては、前記摩擦攪拌接合用ツールのプローブ部最外周の周速を9.5mm/s~31.4mm/sとすること、が好ましい。当該周速範囲はマグネシウム合金の摩擦攪拌接合においては常識外の低速領域であるが、室温加工性を有するマグネシウム-リチウム系合金を被接合材とする場合は、十分な摩擦攪拌作用を得ることができる。ここで、プローブ部最外周の周速を9.5mm/s以上とすることで、攪拌不足による欠陥の形成を抑制することができ、31.4mm/s以下とすることで、ツール表面へのマグネシウム-リチウム系合金の凝着による欠陥の形成を抑制することができる。 Further, in the metal material joining method of the present invention, it is preferable that the peripheral speed of the outermost periphery of the probe portion of the friction stir welding tool is 9.5 mm/s to 31.4 mm/s. This peripheral speed range is an uncommonly low speed range for friction stir welding of magnesium alloys, but sufficient friction stir action can be obtained when a magnesium-lithium alloy with room temperature workability is used as the material to be welded. can. Here, by setting the peripheral speed of the outermost periphery of the probe part to 9.5 mm/s or more, it is possible to suppress the formation of defects due to insufficient stirring, and by setting it to 31.4 mm/s or less, it is possible to suppress the formation of defects on the tool surface. Formation of defects due to adhesion of the magnesium-lithium alloy can be suppressed.

また、本発明の金属材の接合方法においては、突合せ接合とすることが好ましい。突合せ接合では重ね合わせ接合と比較して攪拌部の形成が重要になるところ、本発明の金属材の接合方法ではマグネシウム-リチウム系合金を被接合材とした場合であっても良好な攪拌部を形成させることができるため、突合せ接合であっても効率的に接合を達成することができる。 Moreover, in the method for joining metal materials according to the present invention, it is preferable to use butt joining. In butt welding, the formation of a stir zone is more important than in lap joining. In the method of joining metal materials according to the present invention, a good stir zone can be formed even when a magnesium-lithium alloy is used as the material to be joined. Since it can be formed, efficient bonding can be achieved even if it is a butt bonding.

なお、接合を目的とする摩擦攪拌接合と改質を目的とする摩擦攪拌プロセスは基本的に同じ原理を用いた技術であり、上述の本発明の金属材の接合方法は、金属材の改質方法としても用いることができる。具体的には、所望する改質部の形状、大きさ及び位置等を考慮して、適当な形状及びサイズを有するツールを用いて摩擦攪拌を施せばよい。 Friction stir welding for the purpose of joining and the friction stir process for the purpose of modification are basically techniques using the same principle, and the above-described method for joining metal materials of the present invention can be used to modify metal materials. It can also be used as a method. Specifically, considering the desired shape, size, position, etc. of the modified portion, friction stir may be performed using a tool having an appropriate shape and size.

また、本発明は、
一方の被接合材と他方の被接合材とが攪拌部を介して接合された接合体であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であり、
前記攪拌部に前記マグネシウム-リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする接合体、も提供する。
In addition, the present invention
A joined body in which one member to be joined and the other member to be joined are joined via a stirrer,
At least one of the materials to be joined is a magnesium-lithium alloy,
The stirring part contains α-phase recrystallized grains of the magnesium-lithium alloy,
The crystal orientation of the recrystallized grains is randomized;
Also provided is a conjugate characterized by:

本発明の接合体では、比較的低温の摩擦攪拌接合によって攪拌部が形成されていることから、当該攪拌部にはHCP構造を有するα相及びBCC構造を有するβ相の再結晶粒が含まれており、α相の再結晶粒は母材と比較して明確に微細化されている。 In the joined body of the present invention, since the stir zone is formed by friction stir welding at a relatively low temperature, the stir zone contains recrystallized grains of the α phase having the HCP structure and the β phase having the BCC structure. The recrystallized grains of the α phase are clearly refined compared to the base material.

また、攪拌部において、α相の結晶方位はランダム化されている。α相はHCP構造を有しているため、一般に、押出や圧延等、単純なせん断応力が印加される加工プロセスを経た後は、強い集合組織が形成されてしまう。これに対し、本発明の接合方法を用いて適当な条件で摩擦攪拌することにより、α相の結晶方位をランダム化することができ、強い集合組織に起因する機械的性質の低下及び異方性を抑制することができる。ここで、ランダム化されているとはα相の強い底面集合組織が形成されていないことを意味し、例えば、EBSD測定の方位マップにおいて、α相の再結晶粒が同一系統色のみで表示されなければよい。より具体的には、極点図において、Texture Intensityが1~10であることが好ましく、1~5であることがより好ましい。 In addition, the crystal orientation of the α-phase is randomized in the stirring part. Since the α-phase has an HCP structure, a strong texture is generally formed after undergoing a working process in which simple shear stress is applied, such as extrusion or rolling. On the other hand, the crystal orientation of the α-phase can be randomized by friction stirring under appropriate conditions using the bonding method of the present invention, resulting in a decrease in mechanical properties due to a strong texture and anisotropy. can be suppressed. Here, randomization means that a strong basal texture of the α phase is not formed. For example, in the orientation map of the EBSD measurement, the recrystallized grains of the α phase are displayed only in the same system color. I wish I didn't. More specifically, in the pole figure, the Texture Intensity is preferably 1-10, more preferably 1-5.

また、本発明の接合体では、攪拌部の組織が母材よりも微細化されることから、母材よりも高硬度となる。加えて、攪拌部の外縁に接合中の温度上昇に伴う熱影響部が存在しないことから、母材よりも硬度が低くなる領域が存在しない。 In addition, in the joined body of the present invention, the structure of the stirred portion is finer than that of the base material, so that the joined body has higher hardness than that of the base material. In addition, since there is no heat-affected zone due to temperature rise during welding on the outer edge of the stirring part, there is no region where the hardness is lower than that of the base material.

また、本発明の接合体では、前記接合体の前記マグネシウム-リチウム系合金の領域における最低硬度が50HV以上であること、が好ましく、前記一方の被接合材に対する継手効率が100%であること、がより好ましい。適当な条件で摩擦攪拌接合を施すことにより、当該機械的性質を有する接合体を得ることができる。 Further, in the joined body of the present invention, it is preferable that the magnesium-lithium alloy region of the joined body has a minimum hardness of 50 HV or more, and the joint efficiency for the one joined material is 100%. is more preferred. By performing friction stir welding under appropriate conditions, a joined body having the above mechanical properties can be obtained.

また、本発明の接合体では、前記攪拌部の引張強度が前記一方の被接合材の母材引張強度の1.1倍以上であることが好ましく、1.3倍以上であることがより好ましく、1.5倍以上であることが最も好ましい。一般的な摩擦攪拌接合で形成される攪拌部に関しても、比較的入熱が小さくなる接合条件では、攪拌部の引張強度が母材の引張強度よりも若干高くなる場合がある。しかしながら、本発明の接合体では、マグネシウム合金の摩擦攪拌接合としては常識外の低入熱条件で攪拌部を形成し、当該攪拌部をナノ組織化(α相の平均結晶粒径が1μm未満)することで、攪拌部の引張強度を一方の被接合材の引張強度の1.1倍以上とすることができる。加えて、当該ナノ組織を有する攪拌部は優れた超塑性能を発現することから、加工性の観点からも好ましい。 Further, in the joined body of the present invention, the tensile strength of the stirring part is preferably 1.1 times or more, more preferably 1.3 times or more, the base material tensile strength of the one workpiece. , 1.5 times or more. Regarding the stir zone formed by general friction stir welding, the tensile strength of the stir zone may be slightly higher than the tensile strength of the base material under welding conditions where the heat input is relatively small. However, in the joined body of the present invention, the stir zone is formed under low heat input conditions, which is uncommon for friction stir welding of magnesium alloys, and the stir zone is nanostructured (the average crystal grain size of the α phase is less than 1 μm). By doing so, the tensile strength of the stirring part can be made 1.1 times or more the tensile strength of one of the members to be welded. In addition, the stirring part having the nanostructure exhibits excellent superplasticity, and is therefore preferable from the viewpoint of workability.

更に、本発明の接合体では、前記他方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であること、が好ましく、突合せ接合体であること、がより好ましい。被接合材を共にマグネシウム-リチウム系合金とし、突合せ接合体とすることで、極めて効率的に接合体の軽量化を図ることができる。 Furthermore, in the bonded body of the present invention, the other material to be bonded is preferably a magnesium-lithium alloy, more preferably a butt bonded body. By using a magnesium-lithium alloy as the materials to be joined together and forming a butt joint, the weight of the joined body can be extremely efficiently reduced.

なお、本発明の接合体は、上述の本発明の金属材の接合方法によって好適に製造することができる。 The joined body of the present invention can be suitably manufactured by the method of joining metal materials of the present invention described above.

更に、本発明は、
マグネシウム-リチウム系合金の改質部を含む金属構造体であって、
前記改質部に前記マグネシウム-リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする金属構造体、も提供する。
本発明の金属構造体は、ランダム化したα相の再結晶粒を含む改質部を有していることから、等方的に優れた機械的性質及び塑性加工性を有している。
Furthermore, the present invention provides
A metal structure including a modified portion of a magnesium-lithium alloy,
The modified portion includes recrystallized grains of the α phase of the magnesium-lithium alloy,
The crystal orientation of the recrystallized grains is randomized;
Also provided is a metal structure characterized by:
Since the metal structure of the present invention has a modified portion containing randomized recrystallized grains of the α-phase, it has isotropically excellent mechanical properties and plastic workability.

本発明の金属構造体は、前記再結晶粒の平均粒径が1μm未満であること、が好ましい。再結晶粒の平均粒径を1μm未満とすることで、改質部をより高硬度及び高強度とすることができることに加え、優れた超塑性能を付与することができる。 In the metal structure of the present invention, it is preferable that the recrystallized grains have an average grain size of less than 1 μm. By setting the average grain size of the recrystallized grains to less than 1 μm, the modified portion can have higher hardness and strength, and can be imparted with excellent superplasticity.

なお、本発明の金属構造体は、上述の本発明の金属材の接合方法と同様の金属材の改質方法によって好適に製造することができる。 In addition, the metal structure of the present invention can be suitably manufactured by the same metal material modification method as the method of joining metal materials of the present invention described above.

本発明によれば、少なくとも一方の被接合材をマグネシウム-リチウム系合金とする場合の簡便かつ効率的な摩擦攪拌接合方法であって、攪拌部に母材以上の強度及び塑性加工性を付与することができる接合方法、及び当該接合方法によって得られる接合体を提供することができる。また、本発明によれば、マグネシウム-リチウム系合金の任意の領域に母材以上の強度及び塑性加工性を付与することができる改質方法、及び当該改質方法によって得られる金属構造体を提供することもできる。 According to the present invention, there is provided a simple and efficient friction stir welding method in the case where at least one of the materials to be welded is a magnesium-lithium alloy, in which the strength and plastic workability are imparted to the stir zone greater than or equal to those of the base material. It is possible to provide a bonding method capable of achieving the above bonding, and a bonded body obtained by the bonding method. Further, according to the present invention, a modification method capable of imparting strength and plastic workability equal to or greater than those of the base material to any region of a magnesium-lithium alloy, and a metal structure obtained by the modification method are provided. You can also

本発明の金属材の接合方法の一態様を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows one aspect|mode of the joining method of the metal material of this invention. 本発明の接合体における接合部近傍の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the joint in the joined body of the present invention; 実施例で得られた接合部の断面写真である。1 is a cross-sectional photograph of a joint obtained in an example. 実施例で得られた接合部断面の硬度分布である。4 is a hardness distribution of a joint section obtained in an example. 実施例で得られた接合部の引張特性である。1 shows tensile properties of joints obtained in Examples. 塑性変形特性評価後の攪拌部試験片の概観写真である。4 is a general view photograph of a stirrer test piece after evaluation of plastic deformation characteristics. 母材及び実施例で得られた攪拌部中心のSEM写真である。1 is a SEM photograph of the center of a stirring part obtained in a base material and an example. 母材及び実施例で得られた攪拌部中心のα相の方位マップ像である。2 is an orientation map image of the α phase at the center of the stir zone obtained in the base material and the example.

以下、図面を参照しながら本発明の金属材の接合方法及び接合体の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。 Hereinafter, representative embodiments of the method for joining metal materials and the joined body of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. Also, since the drawings are for the purpose of conceptually explaining the present invention, the dimensions and ratios of the depicted components may differ from the actual ones.

(1)金属材の接合方法
本発明の金属材の接合方法では、摩擦攪拌接合を用いる。摩擦攪拌接合とは、FSW(Friction Stir Welding)と称され、接合しようとする二つの金属材からなる被接合材それぞれの端部を突き合わせ、回転ツールの先端に設けられた突起部(プローブ)を両者の端部の間に挿入し、これら端部の長手方向に沿って回転ツールを回転させつつ移動させることによって、二つの金属部材を接合する方法である。
(1) Method for Joining Metal Materials In the method for joining metal materials according to the present invention, friction stir welding is used. Friction stir welding is called FSW (Friction Stir Welding), in which the ends of two metal materials to be welded are butted against each other, and a projection (probe) provided at the tip of a rotary tool is pressed. It is a method of joining two metal members by inserting between both ends and rotating and moving a rotating tool along the longitudinal direction of these ends.

本発明における金属材の接合方法は、上述のとおり、(1)金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその加工部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合、(2)金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその接合部で移動させずに回転させて接合するスポット接合、(3)金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその箇所で移動させずに回転させて金属板同士を接合するスポット接合、(4)金属板同士を接合部において重ね合わせ、接合部に回転ツールを挿入し、回転ツールをその接合部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合の(1)~(4)の4つの態様およびこれらの組み合わせを含むが、以下、代表的な態様として、「(1)金属板の端部同士を突き合わせて接合部とし、回転ツールをその加工部の長手方向に沿って回転させつつ移動させて金属板同士を接合する接合」について詳細に説明する。 As described above, the method of joining metal materials according to the present invention comprises: (1) joining ends of metal plates together to form a joining portion; (2) spot welding in which the ends of metal plates are butted against each other to form a joint, and a rotating tool is rotated at the joint without moving it to join them; (3) metal plates are joined at the joint spot welding in which the metal plates are joined together by inserting a rotating tool into the joint and rotating the rotary tool without moving it at the spot, (4) overlapping the metal plates at the joint, and Insert a rotating tool into the joint and move the rotating tool along the longitudinal direction of the joint to join the metal plates together (1) to (4) including four aspects and combinations thereof However, hereinafter, as a representative mode, "(1) the ends of the metal plates are butted together to form a joint, and the rotating tool is rotated and moved along the longitudinal direction of the processed portion to join the metal plates together. "Joining" will be described in detail.

図1は、本発明の金属材の接合方法の一態様を示す模式図である。被接合材2(一方の被接合材)及び被接合材2’(他方の被接合材)を突き合わせ、回転させたツール4を所望の接合領域に挿入し、被接合線に沿って移動させることで接合部6を得ることができる。ここで、被接合材2及び被接合材2’を共にマグネシウム-リチウム系合金とする場合、基本的には突合せ線とツール4の突起部(プローブ部)8の中心を一致させるように挿入する。また、被接合材2をマグネシウム-リチウム系合金とし、被接合材2’をその他の金属材とする場合、本発明の金属材の接合方法では、ツール4を構成する突起部(プローブ部)8及び本体部(ショルダ部)10の大半が被接合材2の側に当接することになる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing one aspect of the method for joining metal materials according to the present invention. The material to be welded 2 (one material to be welded) and the material to be welded 2′ (the other material to be welded) are butted against each other, the rotated tool 4 is inserted into the desired welding area, and moved along the welding line. A junction 6 can be obtained by Here, when both the material to be bonded 2 and the material to be bonded 2' are made of a magnesium-lithium alloy, the tool 4 is basically inserted so that the center of the projecting portion (probe portion) 8 of the tool 4 is aligned with the butt line. . Further, when the material to be bonded 2 is a magnesium-lithium alloy and the material to be bonded 2' is another metal material, the metal material bonding method of the present invention uses a protrusion (probe) 8 that constitutes the tool 4. And most of the body portion (shoulder portion) 10 comes into contact with the workpiece 2 side.

また、ツール4としては、超硬合金製ツール、サーメット製ツール、セラミックス製ツール、金属間化合物製ツール及びセラミックス被覆ツールのうちのいずれかを使用することで、被接合材であるマグネシウム-リチウム系合金の凝着を効果的に低減することができる。ここで、ツール4の表面を無機非金属製とすることで、マグネシウム-リチウム系合金との親和性を低下させることができる。また、その結果、摩擦攪拌接合の温度を低下させることができ、より微細かつ均質な組織を有する、強度及び塑性加工性に優れた攪拌部12を形成することができる。 As the tool 4, any one of a cemented carbide tool, a cermet tool, a ceramic tool, an intermetallic compound tool, and a ceramic coated tool can be used to obtain a magnesium-lithium-based Alloy adhesion can be effectively reduced. Here, by making the surface of the tool 4 inorganic and non-metallic, it is possible to reduce the affinity with the magnesium-lithium alloy. Moreover, as a result, the temperature of the friction stir welding can be lowered, and the stir portion 12 having a finer and more homogeneous structure and excellent in strength and plastic workability can be formed.

ここで、ツール材質として用いる超硬合金、サーメット、セラミックス及び金属間化合物の組成及び組織は、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に制限されず、従来公知の種々の組成及び組織とすることができるが、超硬合金及びサーメットに関しては金属結合相を低減させることが好ましい。また、セラミックスとしては、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン、窒化ホウ素、ジルコニア、アルミナ、二ホウ化チタン等を用いることができ、金属間化合物としては、例えば、Ti-Al系やNi-Al系の金属間化合物を用いることができる。 Here, the composition and structure of cemented carbide, cermet, ceramics and intermetallic compounds used as tool materials are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and conventionally known various compositions and structures can be used. Although possible, it is preferable to reduce the metallic bonding phase for cemented carbides and cermets. As ceramics, for example, silicon carbide, silicon nitride, sialon, boron nitride, zirconia, alumina, titanium diboride, etc. can be used. intermetallic compounds of the system can be used.

また、セラミックス被覆する場合はツール4の本体を金属製としてもよく、例えば、熱間工具鋼(SKD61)製とすることができる。セラミックス被膜の組成、組織及び膜厚等については本発明の効果を損なわない限りにおいて特に制限されず、従来公知の種々の組成、組織及び膜厚とすることができ、例えば、切削工具用として使用されている種々の硬質被膜を用いることができる。 In the case of ceramic coating, the main body of the tool 4 may be made of metal, for example, hot work tool steel (SKD61). The composition, structure, thickness, etc. of the ceramic coating are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and various known compositions, structures, and thicknesses can be used. Various hard coatings known in the art can be used.

また、上述のツール材質及びセラミックス被膜については、マグネシウム-リチウム系合金との濡れ性の観点から選定することが好ましく、マグネシウム液滴とこれらの材料との接触角を90°以上とすることが好ましい。接触角が90°以上となるツール材質及びセラミックス被膜を選定することで、ツール4に印加されるトルクを低減することができる。 In addition, the above-mentioned tool material and ceramic coating are preferably selected from the viewpoint of wettability with the magnesium-lithium alloy, and the contact angle between the magnesium droplet and these materials is preferably 90 ° or more. . The torque applied to the tool 4 can be reduced by selecting a tool material and a ceramic coating that provide a contact angle of 90° or more.

また、図1に示すのは、円柱状の本体部(ショルダ部)10の底面に円柱状の突起部(プローブ部)8を有するツール4を用いた場合であるが、ツール4の形状は、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の摩擦攪拌接合用ツールの形状を用いることができる。また、被接合材2,2’に当接する本体部(ショルダ部)10の底面及び突起部(プローブ部)8の側面には、螺子加工等の溝加工を有さないことが好ましい。当該溝加工をツールに施さないことで、ツール4表面へのマグネシウム-リチウム系合金の凝着を抑制することができる。一方で、マグネシウム-リチウム系合金は優れた塑性加工性を有していることから、溝加工を有さないツールでも十分に攪拌部12を形成させることができる。 FIG. 1 shows the case of using a tool 4 having a columnar projection (probe) 8 on the bottom surface of a columnar main body (shoulder) 10. The shape of the tool 4 is There are no particular limitations as long as the effects of the present invention are not impaired, and various conventionally known friction stir welding tool shapes can be used. Further, it is preferable that the bottom surface of the main body portion (shoulder portion) 10 and the side surface of the protruding portion (probe portion) 8 contacting the workpieces 2 and 2' do not have groove processing such as screw processing. Adhesion of the magnesium-lithium alloy to the surface of the tool 4 can be suppressed by not performing the groove processing on the tool. On the other hand, since the magnesium-lithium alloy has excellent plastic workability, it is possible to sufficiently form the stirring portion 12 even with a tool that does not have groove processing.

本発明の金属材の接合方法で少なくとも一方の被接合材とするマグネシウム-リチウム系合金は、マグネシウムを主成分とし、これに室温での塑性加工性を付与するためにリチウムを添加した合金を広く含むものである。例えば、当該合金には、強度や耐熱性を向上させるために、アルミニウム、亜鉛、マンガン、イットリウム、ランタノイド、ジルコニウム、銀、シリコン、カルシウム等を添加されたものが含まれる。 The magnesium-lithium alloy used as at least one of the materials to be joined in the metal material joining method of the present invention is a broadly used alloy containing magnesium as a main component and lithium added to impart plastic workability at room temperature. includes. For example, the alloy includes those to which aluminum, zinc, manganese, yttrium, lanthanides, zirconium, silver, silicon, calcium, etc. are added in order to improve strength and heat resistance.

ここで、リチウムは5~15重量%の範囲内で含有されるのが好ましい。リチウムの含有量が5重量%を下回ると室温での塑性加工性があまり改善されず、逆にリチウムの含有量が15重量%を上回ると粒界割れ(表面亀裂)の原因となることがあり、またリチウムが高価であるためコスト高になる。 Here, lithium is preferably contained within the range of 5 to 15% by weight. If the lithium content is less than 5% by weight, the plastic workability at room temperature is not significantly improved, and if the lithium content exceeds 15% by weight, intergranular cracks (surface cracks) may occur. Also, since lithium is expensive, the cost is high.

また、他方の被接合材2’もマグネシウム-リチウム系合金であることが好ましい。被接合材2,2’を共にマグネシウム-リチウム系合金とすることで、マグネシウム-リチウム系合金に対する摩擦攪拌作用の重要性が増加することから、本発明の金属材の接合方法の効果をより顕著に得ることができる。 Also, the other member to be joined 2' is preferably a magnesium-lithium alloy. By using a magnesium-lithium alloy for both the materials 2 and 2' to be joined, the importance of the friction stir action on the magnesium-lithium alloy increases, so that the effect of the metal material joining method of the present invention becomes more pronounced. can get to

なお、ツール4の回転速度、移動速度、挿入量及び印加荷重等の一般的な摩擦攪拌接合条件は、攪拌部12における欠陥形成及び接合効率等の観点から適宜設定すればよい。 General friction stir welding conditions such as rotation speed, movement speed, insertion amount and applied load of the tool 4 may be appropriately set from the viewpoint of defect formation in the stirrer 12 and welding efficiency.

ここで、ツール4の本体部(ショルダ部)10の最外周の周速は23.6mm/s~78.5mm/sとすること、が好ましい。当該周速範囲はマグネシウム合金の摩擦攪拌接合においては常識外の低速領域であるが、室温加工性を有するマグネシウム-リチウム系合金を被接合材2,2’とする場合は十分な摩擦攪拌作用を得ることができる。ここで、本体部(ショルダ部)10の最外周の周速を23.6mm/s以上とすることで、攪拌不足による欠陥の形成を抑制することができ、78.5mm/s以下とすることで、ツール4の表面へのマグネシウム-リチウム系合金の凝着による欠陥の形成、攪拌部12の表面酸化及び液相の生成を抑制することができる。なお、ツール4の本体部(ショルダ部)10の直径が15mmの場合、最外周の周速は回転速度を30rpmとすることで略23.6mm/sとなり、100rpmとすることで略78.5mm/sとなる。 Here, it is preferable that the peripheral speed of the outermost circumference of the body portion (shoulder portion) 10 of the tool 4 is 23.6 mm/s to 78.5 mm/s. This peripheral speed range is an uncommonly low speed range in friction stir welding of magnesium alloys, but when magnesium-lithium alloys having room temperature workability are used as the materials 2, 2' to be welded, sufficient friction stir action can be achieved. Obtainable. Here, by setting the peripheral speed of the outermost periphery of the main body portion (shoulder portion) 10 to 23.6 mm/s or more, it is possible to suppress the formation of defects due to insufficient stirring, and it is set to 78.5 mm/s or less. can suppress the formation of defects due to the adhesion of the magnesium-lithium alloy to the surface of the tool 4, the oxidation of the surface of the stirring part 12, and the generation of liquid phase. When the diameter of the main body (shoulder portion) 10 of the tool 4 is 15 mm, the peripheral speed of the outermost periphery is approximately 23.6 mm/s when the rotation speed is 30 rpm, and approximately 78.5 mm when the rotation speed is 100 rpm. /s.

また、ツール4の突起部(プローブ部)8の最外周の周速は9.5mm/s~31.4mm/sとすること、が好ましい。当該周速範囲はマグネシウム合金の摩擦攪拌接合においては常識外の低速領域であるが、室温加工性を有するマグネシウム-リチウム系合金を被接合材2,2’とする場合は十分な摩擦攪拌作用を得ることができる。ここで、突起部(プローブ部)8の最外周の周速を9.5mm/s以上とすることで、攪拌不足による欠陥の形成を抑制することができ、31.4mm/s以下とすることで、ツール4の表面へのマグネシウム-リチウム系合金の凝着による欠陥の形成を抑制することができる。なお、ツール4の突起部(プローブ部)8の直径が6mmの場合、最外周の周速は回転速度を30rpmとすることで略9.5mm/sとなり、100rpmとすることで略31.4mm/sとなる。 Further, it is preferable that the peripheral speed of the outermost periphery of the protruding portion (probe portion) 8 of the tool 4 is 9.5 mm/s to 31.4 mm/s. This peripheral speed range is an uncommonly low speed range in friction stir welding of magnesium alloys, but when magnesium-lithium alloys having room temperature workability are used as the materials 2, 2' to be welded, sufficient friction stir action can be achieved. Obtainable. Here, by setting the peripheral speed of the outermost periphery of the protrusion (probe portion) 8 to 9.5 mm/s or more, it is possible to suppress the formation of defects due to insufficient stirring, and it is set to 31.4 mm/s or less. , it is possible to suppress the formation of defects due to the adhesion of the magnesium-lithium alloy to the surface of the tool 4 . When the diameter of the protruding portion (probe portion) 8 of the tool 4 is 6 mm, the peripheral speed of the outermost circumference is approximately 9.5 mm/s when the rotational speed is 30 rpm, and approximately 31.4 mm when the rotational speed is 100 rpm. /s.

また、突合せ接合では重ね合わせ接合と比較して攪拌部12の形成が重要になるところ、本発明の金属材の接合方法ではマグネシウム-リチウム系合金を被接合材2,2’とした場合であっても良好な攪拌部12を形成させることができるため、本発明の接合方法を用いることで、効率的に接合を達成することができる。 In the butt joint, the formation of the stir portion 12 is more important than in the lap joint. Since it is possible to form a good stirring portion 12 even at the highest temperature, the bonding can be efficiently achieved by using the bonding method of the present invention.

(2)接合体
図2に、本発明の接合体における接合部近傍の概略断面図を示す。なお、本発明の接合体における接合部の代表的な態様として、図2では突合せ接合部を示している。
(2) Joined Body FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the vicinity of the joined portion in the joined body of the present invention. Note that FIG. 2 shows a butt joint as a representative aspect of the joint in the joined body of the present invention.

本発明の接合体20は、一方の被接合材2と他方の被接合材2’とが攪拌部12を介して接合された接合体であって、少なくとも一方の被接合材2がマグネシウム-リチウム系合金であり、攪拌部12のマグネシウム-リチウム系合金の領域において、α相の再結晶を含むこと、を特徴としている。なお、被接合材2,2’の形状及びサイズは本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、本発明の接合方法によって接合可能であればよい。 A joined body 20 of the present invention is a joined body in which one member to be joined 2 and the other member to be joined 2' are joined together via a stirrer 12, and at least one member to be joined 2 is magnesium-lithium It is characterized by containing recrystallization of the α-phase in the region of the magnesium-lithium alloy in the stirring part 12 . The shape and size of the members 2 and 2' to be joined are not particularly limited as long as they do not impair the effects of the present invention, and may be joined by the joining method of the present invention.

マグネシウム-リチウム系合金はHCP構造のα相とBCC構造のβ相を有しているが、押出材や圧延材では、α相が伸長して筋状に分布している。これに対し、攪拌部12においてもα相はマクロ的には筋状に分布しているが、α相は再結晶しており、等軸状のα相が集合した状態となっている。 A magnesium-lithium alloy has an α phase with an HCP structure and a β phase with a BCC structure. On the other hand, in the stirring part 12 as well, although the α-phase is distributed in a streaky macroscopic manner, the α-phase is recrystallized and is in a state in which equiaxed α-phases are aggregated.

少なくとも一方の被接合材2とするマグネシウム-リチウム系合金は、マグネシウムを主成分とし、これに室温での塑性加工性を付与するためにリチウムを添加した合金を広く含むものである。例えば、当該合金には、強度や耐熱性を向上させるために、アルミニウム、亜鉛、マンガン、イットリウム、ランタノイド、ジルコニウム、銀、シリコン、カルシウム等を添加されたものが含まれる。 The magnesium-lithium alloy used as at least one member 2 to be joined includes a wide range of alloys containing magnesium as a main component and lithium added to impart plastic workability at room temperature. For example, the alloy includes those to which aluminum, zinc, manganese, yttrium, lanthanides, zirconium, silver, silicon, calcium, etc. are added in order to improve strength and heat resistance.

ここで、リチウムは5~15重量%の範囲内で含有されるのが好ましい。リチウムの含有量が5重量%を下回ると室温での塑性加工性があまり改善されず、逆にリチウムの含有量が15重量%を上回ると粒界割れ(表面亀裂)の原因となることがあり、またリチウムが高価であるためコスト高になる。 Here, lithium is preferably contained within the range of 5 to 15% by weight. If the lithium content is less than 5% by weight, the plastic workability at room temperature is not significantly improved, and if the lithium content exceeds 15% by weight, intergranular cracks (surface cracks) may occur. Also, since lithium is expensive, the cost is high.

接合体20では、攪拌部12の組織が母材よりも微細化されることから、母材よりも高硬度となる。また、攪拌部12の外縁に接合中の温度上昇に伴う熱影響部が存在しないことから、母材よりも硬度が低くなる領域が存在しない。なお、α相の再結晶粒の平均粒径は5μm未満とすることが好ましく、3μm未満とすることがより好ましく、1μm未満とすることが最も好ましい。α相の再結晶粒を微細化することで、攪拌部12の硬度及び強度を高くすることができるだけでなく、良好な塑性変形能を付与することができる。 In the joined body 20, since the structure of the stirring portion 12 is finer than that of the base material, the joined body 20 has higher hardness than that of the base material. Further, since there is no heat-affected zone along the outer edge of the stirring part 12 due to temperature rise during welding, there is no region where the hardness is lower than that of the base material. The average grain size of recrystallized grains of the α-phase is preferably less than 5 μm, more preferably less than 3 μm, and most preferably less than 1 μm. By refining the recrystallized grains of the α-phase, not only can the hardness and strength of the stirring portion 12 be increased, but also good plastic deformability can be imparted.

また、接合体20の一方の被接合材2(マグネシウム-リチウム系合金)の領域における最低硬度は50HV以上であること、が好ましく、接合体20の一方の被接合材2(マグネシウム-リチウム系合金)に対する継手効率は100%であること、がより好ましい。 In addition, it is preferable that the minimum hardness in the region of one of the joined materials 2 (magnesium-lithium alloy) of the joined body 20 is 50 HV or more. ) is 100%.

また、攪拌部12の引張強度は一方の被接合材2の引張強度の1.1倍以上であることが好ましく、1.3倍以上であることがより好ましく、1.5倍以上であることが最も好ましい。一般的な摩擦攪拌接合で形成される攪拌部に関しても、比較的入熱が小さくなる接合条件では、攪拌部の引張強度が母材の引張強度よりも若干高くなる場合がある。しかしながら、接合体20では、マグネシウム合金の摩擦攪拌接合としては常識外の低入熱条件で攪拌部12を形成し、攪拌部12をナノ組織化(α相の平均結晶粒径が1μm未満)することで、攪拌部12の引張強度を一方の被接合材2の引張強度の1.1倍以上とすることができる。加えて、当該ナノ組織を有する攪拌部12は優れた超塑性能を発現することから、加工性の観点からも好ましい。 In addition, the tensile strength of the stirring part 12 is preferably 1.1 times or more, more preferably 1.3 times or more, and 1.5 times or more the tensile strength of one member 2 to be welded. is most preferred. Regarding the stir zone formed by general friction stir welding, the tensile strength of the stir zone may be slightly higher than the tensile strength of the base material under welding conditions where the heat input is relatively small. However, in the joined body 20, the stir portion 12 is formed under a low heat input condition that is uncommon for friction stir welding of magnesium alloys, and the stir portion 12 is nanostructured (the average crystal grain size of the α phase is less than 1 μm). Thus, the tensile strength of the stirring part 12 can be made 1.1 times or more the tensile strength of the one workpiece 2 . In addition, since the stirring part 12 having the nanostructure exhibits excellent superplasticity, it is also preferable from the viewpoint of workability.

また、接合体20では、攪拌部12の再結晶領域において、α相の結晶方位がランダム化されていることが好ましい。上述の本発明の接合方法を用いて適当な条件で摩擦攪拌することにより、α相の結晶方位をランダム化することができ、強い集合組織に起因する機械的性質の低下や異方性を抑制することができる。 In addition, in the joined body 20 , it is preferable that the crystal orientation of the α-phase is randomized in the recrystallized region of the stirring portion 12 . By friction stirring under appropriate conditions using the above-described bonding method of the present invention, the crystal orientation of the α phase can be randomized, and the deterioration and anisotropy of mechanical properties due to strong texture can be suppressed. can do.

更に、接合体20では、他方の被接合材2もマグネシウム-リチウム系合金であること、が好ましく、突合せ接合体であること、がより好ましい。被接合材2,2’を共にマグネシウム-リチウム系合金とし、突合せ接合体とすることで、極めて効率的に接合体20の軽量化を図ることができる。 Furthermore, in the joined body 20, the other joined material 2 is preferably a magnesium-lithium alloy, more preferably a butt joined body. By using a magnesium-lithium alloy as both the members 2 and 2' to be joined and forming a butt joined body, the weight of the joined body 20 can be reduced extremely efficiently.

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本発明の金属構造体における改質部は、本発明の接合体における攪拌部と同様の特性を有している。 Although representative embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and various design changes are possible, and all such design changes are included in the technical scope of the present invention. be Note that the modified portion in the metal structure of the present invention has the same characteristics as the stirring portion in the joined body of the present invention.

≪実施例≫
図1に示す配置で長さ200mm,幅65mm,厚さ3mmのLZ91マグネシウム合金(9wt%Li-1wt%Zn-Mg Bal.)板同士を突合せ、摩擦攪拌接合によって接合体を得た。摩擦攪拌接合用のツールにはショルダ径15mm,プローブ径6mm,プローブ長2.8mmの超硬合金製ツールを用い、ツール回転速度25~300rpm,ツール移動速度20~100mm/min,前進角3°の条件で、ツール位置制御にて摩擦攪拌接合を行った。なお、摩擦攪拌接合中にシールドガスは使用しておらず、ツールのショルダ部底部及びプローブ部側面に溝加工は施していない。
≪Example≫
LZ91 magnesium alloy (9 wt % Li-1 wt % Zn-Mg Bal.) plates of 200 mm in length, 65 mm in width and 3 mm in thickness were butted against each other in the arrangement shown in FIG. 1, and a joined body was obtained by friction stir welding. A cemented carbide tool with a shoulder diameter of 15 mm, a probe diameter of 6 mm, and a probe length of 2.8 mm was used as a tool for friction stir welding. Friction stir welding was performed with tool position control under the conditions of No shielding gas was used during the friction stir welding, and groove processing was not performed on the bottom of the shoulder portion and the side surface of the probe portion of the tool.

≪比較例≫
ツールの材質を熱間工具鋼(SKD61)製としたこと以外は実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を行った。
≪Comparative example≫
Friction stir welding was performed in the same manner as in Example 1, except that the tool was made of hot work tool steel (SKD61).

[適切接合条件]
良好な接合体を得るための適切な接合条件を確認するため、接合部(攪拌部)の表面及び断面を光学顕微鏡によって観察した。攪拌部に欠陥が形成している場合は×、欠陥は形成していないが大量のバリや表面の荒れが認められた場合は△、欠陥が形成されず攪拌部の表面状態も滑らかな場合は○とし、実施例の結果を表1に示した。なお、比較例においては全ての条件で欠陥が形成されたため(全ての条件で×の評価)、示していない。
[Appropriate bonding conditions]
In order to confirm suitable bonding conditions for obtaining a good bonded body, the surface and cross section of the bonded portion (stirred portion) were observed with an optical microscope. × if defects are formed in the stir zone, △ if no defects are formed but a large amount of burrs and surface roughness are observed, and if no defects are formed and the surface condition of the stir zone is smooth The results of Examples are shown in Table 1. In addition, since defects were formed under all conditions in the comparative example (evaluation of x under all conditions), the results are not shown.

接合部の断面観察結果の一例として、実施例で得られた接合部(ツール回転速度200rpm,ツール移動速度100mm/min)の断面写真を図3に示す。欠陥の形成は認められず、良好な攪拌部が得られている。 As an example of the cross-sectional observation results of the joint, FIG. 3 shows a cross-sectional photograph of the joint obtained in the example (tool rotation speed: 200 rpm, tool movement speed: 100 mm/min). Formation of defects was not observed, and a good stirring part was obtained.

Figure 0007121402000001
Figure 0007121402000001

実施例では25rpmと回転速度を最も遅くした場合で攪拌部に小さな欠陥が形成されたが、それ以外の条件で欠陥の形成は認められず、攪拌部の表面も良好な状態を有していた。当該結果から、本発明の接合方法では広い接合条件で良好な継手が得られることが分かる。なお、回転速度が150rpmよりも高くなると攪拌部表面の金属光沢が失われており、当該原因としては、接合温度の上昇に伴う酸化や液相の生成が考えられる。なお、シールドガスとしてアルゴンガスを使用することで、金属光沢を維持した良好な攪拌部表面を得ることができた。一方で、比較例では全ての接合条件で被接合材がツール表面に凝着し、攪拌部には溝状の欠陥が形成された。 In the example, small defects were formed in the stirrer at the slowest rotation speed of 25 rpm, but no defects were formed under other conditions, and the surface of the stirrer was in good condition. . From the results, it can be seen that good joints can be obtained under a wide range of joining conditions with the joining method of the present invention. It should be noted that when the rotational speed is higher than 150 rpm, the metallic luster of the surface of the stirrer is lost, and the reason for this is thought to be oxidation or the formation of a liquid phase due to the rise in the bonding temperature. By using argon gas as the shielding gas, it was possible to obtain a good stirrer surface with a metallic luster. On the other hand, in the comparative example, the material to be welded adhered to the tool surface under all welding conditions, and a groove-like defect was formed in the stir zone.

[ツール表面への被接合材の凝着]
ツール回転速度100rpm,ツール移動速度100mm/minの接合条件に関して、摩擦攪拌接合後のツール表面状態を目視観察した。また、本発明に用いることができるツールとして、窒化ケイ素製ツール、炭化ケイ素製ツール、サイアロン製ツール、サーメット製ツール、工具鋼製本体部の表面にTiAl被膜を形成させたツールに関しても同様の摩擦攪拌接合を行い、当該接合後のツール表面状態を目視観察した。
[Adhesion of material to be welded to tool surface]
With regard to the welding conditions of a tool rotation speed of 100 rpm and a tool moving speed of 100 mm/min, the tool surface condition after friction stir welding was visually observed. In addition, as tools that can be used in the present invention, silicon nitride tools, silicon carbide tools, sialon tools, cermet tools, and tools with a TiAl coating formed on the surface of the tool steel main body have the same friction. Stir welding was performed, and the surface condition of the tool after the welding was visually observed.

比較例として用いた工具鋼製ツールでは、被接合材がプローブ部側面及びショルダ部底面に凝着し、ツール原型の把握が困難な状況であった。これに対し、それ以外のツールではプローブ部側面及びショルダ部底面に被接合材に起因する着色が認められる部分は存在するものの、顕著な凝着は確認されなかった。 In the tool steel tool used as a comparative example, the material to be welded adhered to the side surface of the probe portion and the bottom surface of the shoulder portion, and it was difficult to grasp the original shape of the tool. On the other hand, in the other tools, although there were portions where coloring due to the material to be welded was observed on the side surface of the probe portion and the bottom surface of the shoulder portion, no significant adhesion was confirmed.

[硬度測定]
比較例では全ての接合条件で攪拌部に溝状欠陥が形成されたため、実施例で得られた接合部の断面に対してビッカース硬度測定を行った。なお、ビッカース硬度測定は荷重:0.1kgf、荷重負荷時間:15sの条件で行った。
[Hardness measurement]
In the comparative example, groove-like defects were formed in the stir zone under all joining conditions, so the Vickers hardness measurement was performed on the cross section of the joined zone obtained in the example. The Vickers hardness measurement was performed under the conditions of a load of 0.1 kgf and a load application time of 15 seconds.

図4に、ツール移動速度100mm/min,ツール回転速度100~300rpmで得られた接合部断面の硬度分布(板厚中心における接合部水平方向)を示す。全ての攪拌部の硬度が母材よりも高くなっており、特に、より低いツール回転速度において攪拌部の硬度上昇が顕著である。また、攪拌部の外縁に軟化領域は認められない。 FIG. 4 shows the hardness distribution (horizontal direction of the joint at the plate thickness center) of the cross section of the joint obtained at a tool moving speed of 100 mm/min and a tool rotating speed of 100 to 300 rpm. The hardness of all the stirring parts is higher than that of the base material, and the increase in hardness of the stirring parts is particularly noticeable at lower tool rotation speeds. In addition, no softened region is observed on the outer edge of the stirrer.

[引張試験]
比較例では全ての接合条件で攪拌部に溝状欠陥が形成されたため、実施例で得られた継手に対して引張特性を評価した。引張試験には、長さ50mm×幅12mm×厚さ2mmの平行部(突合せ面を平行部中心とする)を有する引張試験片を用い、継手の板幅方向を引張軸とした。なお、引張速度は1mm/minとした。
[Tensile test]
In the comparative example, groove-like defects were formed in the stir zone under all welding conditions, so the tensile properties of the joints obtained in the examples were evaluated. For the tensile test, a tensile test piece having a parallel portion (the center of the parallel portion is the abutting surface) of length 50 mm, width 12 mm, and thickness 2 mm was used, and the plate width direction of the joint was taken as the tensile axis. The tensile speed was set to 1 mm/min.

図5に、ツール移動速度100mm/min,ツール回転速度30~100rpmで得られた継手の引張特性を示す。なお、比較として、母材の引張試験結果を示している。また、攪拌部の引張特性を評価するために、ツール移動速度100/min,ツール回転速度30rpmで得られた攪拌部内から、長さ4mm×幅2mm×厚さ2mmの平行部を有する小型の引張試験片を作製し、接合方向を引張軸として、引張速度0.08mm/minで評価した結果も示す。 FIG. 5 shows the tensile properties of joints obtained at a tool moving speed of 100 mm/min and a tool rotating speed of 30 to 100 rpm. For comparison, the tensile test results of the base material are shown. In addition, in order to evaluate the tensile properties of the stirring part, a small tensile sample having a parallel part of 4 mm in length × 2 mm in width × 2 mm in thickness was extracted from the stirring part obtained at a tool moving speed of 100/min and a tool rotating speed of 30 rpm. A test piece was prepared, and the results of evaluation at a tensile speed of 0.08 mm/min with the joining direction as the tensile axis are also shown.

実施例で得られた継手は母材と同等の引張特性を有しており、継手効率は100%となっている。また、攪拌部の引張特性は母材よりも顕著に高くなっており、引張強度は母材の約2倍となっている。 The joints obtained in the examples have tensile properties equivalent to those of the base material, and the joint efficiency is 100%. Moreover, the tensile properties of the stirring part are significantly higher than those of the base material, and the tensile strength is about twice that of the base material.

[塑性変形特性評価]
母材及び、実施例のツール移動速度100/min,ツール回転速度30rpmで得られた攪拌部内から、長さ4mm×幅2mm×厚さ2mmの平行部を有する小型の引張試験片をそれぞれ作製し、200℃,3×10-4のひずみ速度条件下での引張変形量を評価した。
[Evaluation of plastic deformation characteristics]
A small tensile test piece having a parallel portion with a length of 4 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 2 mm was prepared from the base material and the stirring part obtained in the example at a tool moving speed of 100 / min and a tool rotating speed of 30 rpm. , 200° C., and a strain rate of 3×10 −4 , the amount of tensile deformation was evaluated.

母材及び攪拌部の破断までの変形量はそれぞれ略150%及び略1100%となり、攪拌部には極めて顕著な超塑性変形能が付与されていることが確認された。評価終了後の攪拌部試験片の概観写真を図6に示す。長さ4mmの平行部が、破断時には略44mmとなっている。 The amounts of deformation of the base material and the stirrer until breakage were approximately 150% and approximately 1100%, respectively, confirming that the stirrer was endowed with extremely remarkable superplastic deformability. FIG. 6 shows an overview photograph of the stirrer test piece after evaluation. The 4 mm long parallel portion is approximately 44 mm when broken.

[微細組織観察]
攪拌部における結晶粒の粒径及び形状を確認するため、接合部の断面のSEM観察及びEBSD測定を行った。なお、SEM観察及びEBSD測定にはFE-SEM(日本電子株式会社製JSM-7001FA)及びTSL社製のOIM data Collection ver5.31を用いた。
[Microstructure Observation]
In order to confirm the grain size and shape of the crystal grains in the stirred portion, SEM observation and EBSD measurement of the cross section of the joint portion were performed. For SEM observation and EBSD measurement, FE-SEM (JSM-7001FA manufactured by JEOL Ltd.) and OIM data Collection ver 5.31 manufactured by TSL were used.

母材及び実施例(ツール移動速度100mm/min,ツール回転速度100~300rpm)で得られた攪拌部中心のSEM写真及びα相の方位マップ像を図7及び図8にそれぞれ示す。母材はα相とβ相から構成され、α相は筋状に分布している。これに対し、実施例で得られた攪拌部ではα相が分断され、等軸状の再結晶粒となっていることが分かる。加えて、母材のα相は強い集合組織を有しているが、攪拌部のα相はランダムに配向している。なお、攪拌部の結晶粒径は母材よりも微細化されており、ツール回転速度が低い条件においてより顕著である。なお、α相の平均結晶粒径は、300rpmの場合は5μm未満、200rpmの場合は3μm未満、100rpmの場合は1μm未満となっている。 FIGS. 7 and 8 show SEM photographs of the center of the stir zone and orientation map images of the α-phase obtained with the base material and the example (tool moving speed of 100 mm/min, tool rotating speed of 100 to 300 rpm). The base material is composed of α phase and β phase, and α phase is distributed in streaks. On the other hand, in the stirred part obtained in the example, the α-phase was divided to form equiaxed recrystallized grains. In addition, the α-phase of the base material has a strong texture, while the α-phase of the stir zone is randomly oriented. In addition, the crystal grain size of the stirring part is made finer than that of the base material, and this is more remarkable under the condition that the tool rotation speed is low. The average crystal grain size of the α phase is less than 5 μm at 300 rpm, less than 3 μm at 200 rpm, and less than 1 μm at 100 rpm.

2,2’・・・被接合材、
4・・・ツール、
6・・・接合部、
8・・・突起部(プローブ部)、
10・・・本体部(ショルダ部)、
12・・・攪拌部、
20・・・接合体。
2, 2' ... materials to be joined,
4... tools,
6 ... junction,
8 ... Protruding portion (probe portion),
10 ... body portion (shoulder portion),
12... Stirrer,
20 ... Joined body.

Claims (14)

一方の被接合材と他方の被接合材とが攪拌部を介して接合された接合体であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であり、
前記攪拌部に前記マグネシウム-リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする接合体。
A joined body in which one member to be joined and the other member to be joined are joined via a stirrer,
At least one of the materials to be joined is a magnesium-lithium alloy,
The stirring part contains α-phase recrystallized grains of the magnesium-lithium alloy,
The crystal orientation of the recrystallized grains is randomized;
A zygote characterized by
前記攪拌部の外縁に母材よりも軟化した領域が存在しないこと、
を特徴とする請求項1に記載の接合体。
There is no region softened more than the base material on the outer edge of the stirring part;
The joined body according to claim 1, characterized by:
前記マグネシウム-リチウム系合金の領域における最低硬度が50HV以上であること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の接合体。
The minimum hardness in the region of the magnesium-lithium alloy is 50 HV or more,
The joined body according to claim 1 or 2, characterized by:
前記攪拌部の引張強度が前記一方の被接合材の引張強度の1.1倍以上であること、
を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の接合体。
The tensile strength of the stirring part is 1.1 times or more the tensile strength of the one workpiece,
The joined body according to any one of claims 1 to 3, characterized by:
前記他方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であること、
を特徴とする請求項1~4のうちのいずれかに記載の接合体。
the other material to be joined is a magnesium-lithium alloy;
The conjugate according to any one of claims 1 to 4, characterized by:
突合せ接合体であること、
を特徴とする請求項1~5のうちのいずれかに記載の接合体。
being a butt zygote;
The conjugate according to any one of claims 1 to 5, characterized by:
マグネシウム-リチウム系合金の改質部を含む金属構造体であって、
前記改質部に前記マグネシウム-リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする金属構造体。
A metal structure including a modified portion of a magnesium-lithium alloy,
The modified portion includes recrystallized grains of the α phase of the magnesium-lithium alloy,
The crystal orientation of the recrystallized grains is randomized;
A metal structure characterized by:
前記再結晶粒の平均粒径が1μm未満であること、
を特徴とする請求項7に記載の金属構造体。
The average grain size of the recrystallized grains is less than 1 μm,
The metal structure according to claim 7, characterized by:
一方の被接合材と他方の被接合材とを摩擦攪拌接合する方法であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であり、
摩擦攪拌接合用ツールとして、超硬合金製ツール、サーメット製ツール、セラミックス製ツール、金属間化合物製ツール及びセラミックス被覆ツールのうちのいずれかを使用し、
前記摩擦攪拌接合用ツールを前記一方の被接合材側に挿入すること、
を特徴とする金属材の摩擦攪拌接合方法。
A method for friction stir welding one material to be welded and the other material to be welded, comprising:
At least one of the materials to be joined is a magnesium-lithium alloy,
Using any one of a cemented carbide tool, a cermet tool, a ceramic tool, an intermetallic compound tool and a ceramic coated tool as a friction stir welding tool,
inserting the friction stir welding tool into the one workpiece side;
A friction stir welding method for metal materials, characterized by:
前記他方の被接合材がマグネシウム-リチウム系合金であること、
を特徴とする請求項9に記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。
the other material to be joined is a magnesium-lithium alloy;
The friction stir welding method for metal materials according to claim 9, characterized in that:
前記摩擦攪拌接合用ツールの表面に溝加工が施されていないこと、
を特徴とする請求項9又は10に記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。
groove processing is not performed on the surface of the friction stir welding tool;
The friction stir welding method for metal materials according to claim 9 or 10, characterized in that:
前記摩擦攪拌接合用ツールのショルダ部最外周の周速を23.6mm/s~78.5mm/sとすること、
を特徴とする請求項9~11のうちのいずれかに記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。
setting the peripheral speed of the outermost circumference of the shoulder portion of the friction stir welding tool to 23.6 mm/s to 78.5 mm/s;
The friction stir welding method for metal materials according to any one of claims 9 to 11, characterized in that:
前記摩擦攪拌接合用ツールのプローブ部最外周の周速を9.5mm/s~31.4mm/sとすること、
を特徴とする請求項9~12のうちのいずれかに記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。
setting the peripheral speed of the outermost periphery of the probe portion of the friction stir welding tool to 9.5 mm / s to 31.4 mm / s;
The friction stir welding method for metal materials according to any one of claims 9 to 12, characterized in that:
突合せ接合であること、
を特徴とする請求項9~13のうちのいずれかに記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。
being a butt joint;
The friction stir welding method for metal materials according to any one of claims 9 to 13, characterized by:
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004209522A (en) 2003-01-06 2004-07-29 Hyogo Prefecture Intermetallic friction stir welding method
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