JPH01215480A - ねずみ鋳鉄材と鋼材の拡散接合法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本願発明は異種金属の拡散接合のうち、特にねずみ鋳鉄
材と鋼材の拡散接合に関する新規な技術に係るものであ
る。

［従来の技術］ 拡散接合とは被接合物を接触させ、被接合物を溶融する
ことなく大きな塑性変形を生じない程度に加熱加圧して
原子の拡散により接合する方法である。ステンレス鋼と
炭素鋼、キュプロニッケルクラッド鋼、ハステロイクラ
ッド鋼、チタニウムクラツド鋼など異種材料の接合に広
〈実施され優れた実績を残している。

材料の一方がねずみ鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄、低合金鋳鉄を
ふくむ）であり、他方が鋼材である複合材料は前者の耐
摩耗性、耐食性、摩擦性能乃至高減衰能などの特性と後
者の強靭性を併せ具えることができるので極めて魅力的
な組み合わせであるが、溶融を伴なう接合ではマルテン
サイト化や白銑組織の発生を防ぐことが難しく脆弱な接
合部しか得られない欠点がある。そのため真空中でニッ
ケル等のインサート材を接合面間に挟んで加熱加圧して
接合する提案が発表されている。たとえば、逓信「球状
黒鉛鋳鉄の同相接合」　（溶接学会論文集　第４巻（１
９８６）第１号６６頁）が見られる。

一般に拡散接合でインサート材を使用する目的は次の通
りである。

イ、塑性流動を促進させ、低い圧力でも表面の合体を得
ることができる。

口、より低い温度で拡散を促進させることができる。

ハ、金属間化合物の形成を阻止できる。

二、清浄な表面が得られる。

ホ、熱膨張率を中間的なものにし、熱応力を緩和する。

このため、高温で塑性変形しやすい拡散速度の速い元素
を含んだインサート材が好まれる。鋳鉄と鋼の接合の場
合、Ｎｉ＠やＣｕ箔が用いられる。

したがって、拡散接合には一般にインサート材を使用し
て接合効果を一層助長するように図っている。ねずみ鋳
鉄と鋼材の接合については前記文献を引用すると、ＦＣ
Ｄ３７と５Ｓ４１をインサート材なし、Ｎｉ＠、Ｃｕ箔
、Ｆｅ箔の４種類の条件で他の加熱条件、真空度、加圧
条件は一定に揃えて接合し、接合部をふくむ引張試験を
施したところ、Ｎｉをインサートした場合のみＳＳ母材
にて破断し、その破断強度は最も高かったがそれ以外の
３試料は何れも接合部で破断し母材よりも低い値で破断
している。

ねずみ鋳鉄はその表面に黒鉛が析出し加熱されると接合
前の接合面の間隙にこの黒鉛のみが母相に先立って滲出
して金属と金属の原子交流を妨げる助成の作用を生じる
ため接合反応を著しく困難にする。したがってインサー
ト材として特にＮｉのような黒鉛を吸収し且つ塑性変形
能の大きい材料の助けを必要とするものと解される。

［発明が解決しようとする課題］ 一方、インサート材を接合部に介在することによるマイ
ナス面もない訳ではない。実験至的には問題点にならな
いようなことも、実際に複合材料による実製品を量産す
るときは解決を必要とする課題となることが多い。本件
の場合、接合面が複雑な場合や面積の大きい場合には均
一な厚さでの形状に整合したインサート材を的確に形成
することが難しいこと、特に従来技術で推賞されるＮｉ
箔（５０μ程度）を使用するときはその取り扱い（たと
えば正確に接合面に介挿すること）が益々困難であり、
接合面積が増大するにつれ困難性はより増大する。その
他作業工程が煩瑣となり生産性が劣化すること、材料費
が高騰して低付加価値の製品には拡散接合法の採用自体
が躊躇される原因となることもある。

本願発明は以上に述べた課題を解決するために、ねずみ
鋳鉄と鋼材の拡散接合をインサート材なしで施工し、し
かも品質上は従来技術に何ら遜色ない方法の提供を目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本願発明に係るねずみ鋳鉄と鋼材の拡散接合法は、あら
かじめねずみ鋳鉄材を還元性雰囲気内で加熱してその接
合面上に析出する黒鉛相を反応させて取り除き、押圧手
段を具えた密閉室内で前記接合面に鋼材の接合面を直接
重ね合せて所定の温度に加熱しつつ所定の圧力を加えて
接合することによって前記の課題を解決した。

［作用コ 本願発明の作用を好ましき実施例である第１図Ａおよび
Ｂに基いて説明する。

まず、ねずみ鋳鉄材１の接合面２を上方に向けて置き、
加熱手段３によって昇温しつつ還元性ガス導入手段４に
より還元性雰囲気中に震源する。高温下の還元作用が発
現しはじめると震源している接合面２を主反応面として
黒鉛相は急速に還元気化して接合面上から離脱して失わ
れ、黒鉛相の欠落した状態となる。（第１図Ａ） この状態で還元性ガスの導入を停止し、押圧手段５を具
えた密室内で鋼材６の接合面７を前記脱炭処理済みのね
ずみ鋳鉄材の接合面２に対向して直接重ね合せ、加熱手
段３によって画材を加熱しつつ上下から均等に押圧する
が、この実施例では真空手段８を作動させて所要の真空
度に達したあと加圧作用を開始させる。加圧の段階にお
いては、ねずみ鋳鉄の接合面上には黒鉛相が取り除かれ
ているから金属の原子同士がそれぞれの接合面を越えて
直接活発な交流をはじめ、インサート材の助けを借りな
くても十分な拡散作用が発現する。

（第１図Ｂ） この作用はここで例示したように真空下における加圧を
必ずしも必須の要件とするものではない。

第２図Ａ、Ｂは別の実施例を示すもので、密室内にねず
み鋳鉄材１の接合面２と鋼材６の接合面７とをはじめか
ら対向させて重ね合せ加圧力をかけないで加熱しつつ還
元性ガスを導入する。接合面の形状にもよるが、画材の
接合面にある微小な間隙を縫ってガスが集中的に流動す
るように３２定しておけば接合面上の黒鉛相は効果的に
取り除かれ前例同様の脱炭作用が期待される。（第２図
Ａ）次に、さらに温度を高め還元性ガスの導入を続けつ
つ押圧手段を作動させると、空気が排除され還元性雰囲
気が形成されているから、原子の活発な交流を妨げる酸
化液膜の形成がなく、真空下に準じた接合条件となる。

（第２図Ｂ） ［実施例コ 前項で説明した実施の二個について具体的な内容を補足
する。

ねずみ鋳鉄材１と鋼材６は中空部９，１０を有する円板
であり、接合された後はねずみ鋳鉄材面を摺動面とする
ブレーキディスクとして使用される。すなわち、ねずみ
鋳鉄特有の摩擦特性及び耐摩耗性と、摩擦時ねずみ鋳鉄
に発生する熱衝撃に起因する亀裂の伝播を止める強靭な
鋼材とを一体的に組合わせて理想的なブレーキディスク
を構成しようとするものである。

第１図、第２図において加熱手段３は炭素電極への通電
、又は発熱抵Ｒ１１への通電などが望ましい。押圧手段
５は密室１１内で作動自在に設けられ、本例ではラム１
２．上部押板１３．下部押板１４、支持具１５によって
構成されている。

還元性ガス導入手段４はガスボンベ１６．バルブ１７お
よび下部押板１４の上面中央に開口しバルブ１７に連通
する給気孔１８によって形成される。還元性ガスとして
は水素ガスが望ましいが実務上は２０％水素ガスに８０
％アルゴンガスの混合した気体が好成績であった。一方
、真空手段８としては真空ポンプ１９．バルブ２０およ
びこれに連通する排気口２１によって形成される。第１
図Ａ、Ｂの第一実施例では還元性雰囲気下での表面処理
と真空下での接合とを同一の密室１つ内で行ない、バル
ブ１７，２０．２２の切替えによって両手類の切替えを
行なっているが、表面処理は水素ボンベに連通する別の
密室内で行ない、処理後のねずみ鋳鉄材を真空ポンプに
連通し押圧手段を具えた密室１１内で接合工程のみを行
なってもよい。

第２図Ａ、Ｂは別の実施例で真空手段を必要とせず表面
処理と接合を連続的に進行させることができ、作業手順
、設備ともに簡素化できる。この例では還元性雰囲気を
接合面に優先的かつ集中的に形成するために、両材料の
上下面へ気密を保つための可撓板２２．２３を被覆して
還元性ガスは両円板の中空部９，１０へ導入され接合面
間の微小空隙のみを通過するように図っている。

本願実施例の機械的性質を確認した事例を次に述べる。

ＦＣ−２０相当の鋳鉄の接合面を＃６００のエメリー紙
により研磨した後、水素ガス２０％を含んだアルゴンガ
ス雰囲気中８００’Ｃｘ２ｔ（ｒの拡散処理を行なった
。その結果接合表面の黒鉛相は消失していた。この供試
体と同じ＜＃６００のエメリー紙により研磨した鋼３３
４１の接合面を重ね合わせた後、５Ｘ１０−’トールの
真空中、８５Ｑ′Ｃｘ２Ｈｒ、加圧力２ＫＩ／ａｍ２で
拡散接合した。

以上の接合工程によって得られた拡散接合体より平行部
直径１０ｓφの引張り試験片を採取し引張り試験を行な
ったところ鋳鉄母材で破断した。

□このときの強度は２１．５に！ｌ／ｌｒｍ２であった
。

［発明の効果コ 本願発明は以上述べたとおり、拡散接合においてインサ
ート材を使用しないでほぼ遜色のない強度を有する接合
面を得ることができた。接合部を含む試験片の引張り試
験において接合部でなく鋳鉄母材側で破断することが接
合の信頼性を物語っている。

また、第二の実施例は加圧試験後、加圧を解除するとブ
レーキディスクの中空部から全体に亘って還元性ガスが
流れるから、酸化することなく接合品を冷却し密室内の
接合サイクルを短縮し生産能率を大幅に向上する特有の
効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂおよび第２図Ａ、Ｂはそれぞれ別の実施例
の作用を示す正面断面図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ねずみ鋳鉄材と鋼材とを接触させ固相線以下の温度に加
   熱しつつ加圧して画材を接合する拡散接合法において、
   あらかじめねずみ鋳鉄材を還元性雰囲気内で加熱してそ
   の接合面上に析出する黒鉛相を反応させて取り除き、押
   圧手段を具えた密閉室内で前記接合面に鋼材の接合面を
   直接重ね合せて所定の温度に加熱しつつ所定の圧力を加
   えて接合することを特徴とするねずみ鋳鉄材と鋼材の拡
   散接合法。