JPH0474774A - 異材接合方法 - Google Patents
異材接合方法Info
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- JPH0474774A JPH0474774A JP17995990A JP17995990A JPH0474774A JP H0474774 A JPH0474774 A JP H0474774A JP 17995990 A JP17995990 A JP 17995990A JP 17995990 A JP17995990 A JP 17995990A JP H0474774 A JPH0474774 A JP H0474774A
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- thermal expansion
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- Pending
Links
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
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）
本発明は、各種機能部品の素材となる複合材の接合方法
に関する。
に関する。
（従来の技術と課題）
金属材料とセラミックスのような異材の接合には、従来
、融接法、ろう付性、爆着法、摩擦圧接法等の各種の接
合法が適用されていたが、近年、高圧技術の発達に伴な
い、熱間等方圧加圧（以下、ＨＩＰという。）により拡
散接合することが行われている。
、融接法、ろう付性、爆着法、摩擦圧接法等の各種の接
合法が適用されていたが、近年、高圧技術の発達に伴な
い、熱間等方圧加圧（以下、ＨＩＰという。）により拡
散接合することが行われている。
ところが、接合すべき素材の熱膨張係数や弾性係数の差
が大きいと、冷却によって接合面に発生する熱応力が接
合強度に比べて大きくなり、接合界面で割れや剥離が発
生する。すなわち、第３図に示すように、熱膨張係数の
大きい素材へと小さい素材Ｂとを高温ＴＩより冷却する
と、冷却速度の如何に拘らず、室温Ｔ。では熱収縮差り
が生し、これによって界面に残留応力が生し、この応力
が接合強度より高いと接合面が剥離する。
が大きいと、冷却によって接合面に発生する熱応力が接
合強度に比べて大きくなり、接合界面で割れや剥離が発
生する。すなわち、第３図に示すように、熱膨張係数の
大きい素材へと小さい素材Ｂとを高温ＴＩより冷却する
と、冷却速度の如何に拘らず、室温Ｔ。では熱収縮差り
が生し、これによって界面に残留応力が生し、この応力
が接合強度より高いと接合面が剥離する。
そこで、残留応力の軽減や接合強度の向上のために、接
合すべき素材の間に組成や熱膨張係数が中間のインサー
ト材を介在させてＨＩＰ処理を行うことが行われている
。
合すべき素材の間に組成や熱膨張係数が中間のインサー
ト材を介在させてＨＩＰ処理を行うことが行われている
。
しかしながら、インサート材を用いるとしても、その選
択が困難で、特定の素材との組み合せでないと所期の残
留応力の軽減を期待することができない、また複雑な接
合面ではインサート材の配設が困難であるという問題が
ある。
択が困難で、特定の素材との組み合せでないと所期の残
留応力の軽減を期待することができない、また複雑な接
合面ではインサート材の配設が困難であるという問題が
ある。
本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、インサー
ト材を用いることなく、接合面での残留応力を著しく低
減することができる異材接合方法を提供することを目的
とする。
ト材を用いることなく、接合面での残留応力を著しく低
減することができる異材接合方法を提供することを目的
とする。
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するためになされた本発明の接合方法は
、熱膨張係数の異なる一対の素材を臨接し、ＨＩＰによ
り両素材の臨接面を拡散接合する異材接合方法において
、両素材を拡散接合した後、いずれか一方の素材の耐力
以上の圧力を保持したまま冷却することを発明の構成と
するものである。
、熱膨張係数の異なる一対の素材を臨接し、ＨＩＰによ
り両素材の臨接面を拡散接合する異材接合方法において
、両素材を拡散接合した後、いずれか一方の素材の耐力
以上の圧力を保持したまま冷却することを発明の構成と
するものである。
（作 用）
ＨＩＰ処理による拡散接合後、接合すべき素材のいずれ
か一方の耐力以上の圧力を保持したまま冷却するので、
耐力の低い側の素材は常に塑性変形荷重を受け、熱膨張
差による発生応力を塑性変形により緩和ないし解消しな
がら室温まで他の素材に追随して冷却される。このため
、室温での境界に発生する残留応力はＯに近くなり、接
合強度以下にすることができる。本発明ではいずれか一
方の素材の耐力が低ければよく、接合すべき素材の組み
合せは自由である。
か一方の耐力以上の圧力を保持したまま冷却するので、
耐力の低い側の素材は常に塑性変形荷重を受け、熱膨張
差による発生応力を塑性変形により緩和ないし解消しな
がら室温まで他の素材に追随して冷却される。このため
、室温での境界に発生する残留応力はＯに近くなり、接
合強度以下にすることができる。本発明ではいずれか一
方の素材の耐力が低ければよく、接合すべき素材の組み
合せは自由である。
（実施例）
本発明を適用する複合化すべき素材としては、耐力が異
なればどんな材料の組み合せでもよいが、熱膨張係数差
の大きいものほど、また弾性係数差の大きいものほど効
果的である。例えば、セラミックスと鋼材、 Ｃｕもし
くはＡＥ又はこれらの合金材、ｌＮ−１００，Ｎｉｍｏ
ｉｙａｌ等のＮｉ基超合金とＣｕもしくはＡｊ２又はこ
れらの合金材との組み合せを挙げることができる。因み
に、Ｎｉ基超合金とＣｕ合金との熱膨張係数は各々１２
Ｘ１０−６／”Ｃ１１９ｘｌＯ−６／−ｃであり、その
差は７Ｘ１０−’／”Ｃもある。
なればどんな材料の組み合せでもよいが、熱膨張係数差
の大きいものほど、また弾性係数差の大きいものほど効
果的である。例えば、セラミックスと鋼材、 Ｃｕもし
くはＡＥ又はこれらの合金材、ｌＮ−１００，Ｎｉｍｏ
ｉｙａｌ等のＮｉ基超合金とＣｕもしくはＡｊ２又はこ
れらの合金材との組み合せを挙げることができる。因み
に、Ｎｉ基超合金とＣｕ合金との熱膨張係数は各々１２
Ｘ１０−６／”Ｃ１１９ｘｌＯ−６／−ｃであり、その
差は７Ｘ１０−’／”Ｃもある。
接合すべき一対の素材は、その接合面を臨接させてＨＩ
Ｐ処理に供すればよいが、接合面に凹凸を付けておくと
、接合表面積の拡大を図ることができ、大きな荷重に耐
え得る複合材を得ることができる。
Ｐ処理に供すればよいが、接合面に凹凸を付けておくと
、接合表面積の拡大を図ることができ、大きな荷重に耐
え得る複合材を得ることができる。
素材同士をＨＩＰにより拡散接合した後、一方の素材の
耐力以上の圧力を保持して冷却するに際しては、耐力の
低い側の素材が高い側の素材の収縮に追随して均一に塑
性変形するように、冷却速度は３００°Ｃ／Ｈｒ以下に
することが望ましい。
耐力以上の圧力を保持して冷却するに際しては、耐力の
低い側の素材が高い側の素材の収縮に追随して均一に塑
性変形するように、冷却速度は３００°Ｃ／Ｈｒ以下に
することが望ましい。
以下、具体的実施例を掲げる。
実施例Ａ
（１）第１図に示すように、熱膨張係数が１２Ｘ１０−
’／”ＣのＮｉ基超合金（耐力２２０ｋｇｆ／ｍｍ２）
の円筒部材１を、同係数が１９Ｘ１０−６／”Ｃの調合
金製の底板５を備えた２重筒体に挿入し、同村の上蓋４
を真空中で溶接し、密封した。２重筒体の内筒部２（接
合材となる部分）の肉厚は１０胴、外筒部３の肉厚は５
１１１Ｉ１１である。
’／”ＣのＮｉ基超合金（耐力２２０ｋｇｆ／ｍｍ２）
の円筒部材１を、同係数が１９Ｘ１０−６／”Ｃの調合
金製の底板５を備えた２重筒体に挿入し、同村の上蓋４
を真空中で溶接し、密封した。２重筒体の内筒部２（接
合材となる部分）の肉厚は１０胴、外筒部３の肉厚は５
１１１Ｉ１１である。
（２）該ＨＩＰカプセルを９５０°Ｃ１２０００ｋｇ
ｆ ／ ｃ＋ｆｌでＨＩＰ炉に２Ｈｒ保持した後、１０
０°Ｃ／ｍｉｎの冷却速度で、２０００ ｋｇｆ／ｃ
ｄ の圧力を保持したまま室温まで冷却した。
ｆ ／ ｃ＋ｆｌでＨＩＰ炉に２Ｈｒ保持した後、１０
０°Ｃ／ｍｉｎの冷却速度で、２０００ ｋｇｆ／ｃ
ｄ の圧力を保持したまま室温まで冷却した。
（３）得られた複合素材に旋削加工を施し、両端部およ
び外筒部を除去し、円筒状複合材を得た。
び外筒部を除去し、円筒状複合材を得た。
（４）該複合材を用いて、超音波探傷検査、浸透探傷検
査により接合界面を探査したが、割れや剥離等の欠陥は
認められなかった。更に、種々の横断面を光学顕微鏡に
より観察したが、ミクロクランクの発生も認められなか
った。
査により接合界面を探査したが、割れや剥離等の欠陥は
認められなかった。更に、種々の横断面を光学顕微鏡に
より観察したが、ミクロクランクの発生も認められなか
った。
（５）比較のため、同し素材の組み合せでＨＩＰした後
、圧力を常圧まで下げると共に、室温まで冷却し、機械
加工後、超音波探傷検査を行った結果、境界面の約１／
４に剥離の発生が認められた。
、圧力を常圧まで下げると共に、室温まで冷却し、機械
加工後、超音波探傷検査を行った結果、境界面の約１／
４に剥離の発生が認められた。
実施例Ｂ
（１）第２図に示すように、φ１６０ Ｘ１２０ｔ ｍ
ｍのＡ２合金材１１ （ＪＩＳ ＡＡ規格５０８３材）
に、φ１５０×６０輔の凹部を機械加工により同心状に
形成し、該凹部にφ １５０ｘ５０ｔ ｌ１１ｍの５Ｉ
ＪＳ ３１６ Ｌ材１２を嵌合し、同ＡＩ！、合金材で
形成された上蓋１３を凹部開口にＴＩＧ溶接により溶接
し、その後、室温で上蓋１３に設けた脱気管１４より真
空脱気し、更に３００”Ｃに加熱して脱気した後、脱気
管をＴＩＧ溶接により密封した。
ｍのＡ２合金材１１ （ＪＩＳ ＡＡ規格５０８３材）
に、φ１５０×６０輔の凹部を機械加工により同心状に
形成し、該凹部にφ １５０ｘ５０ｔ ｌ１１ｍの５Ｉ
ＪＳ ３１６ Ｌ材１２を嵌合し、同ＡＩ！、合金材で
形成された上蓋１３を凹部開口にＴＩＧ溶接により溶接
し、その後、室温で上蓋１３に設けた脱気管１４より真
空脱気し、更に３００”Ｃに加熱して脱気した後、脱気
管をＴＩＧ溶接により密封した。
（２）該ＨＩＰカブ−ｆｚ）Ｌｉを５００°Ｃ１２Ｃ１
２０Ｏ０／ｃｆｆｌ Ｔ： ３Ｈｒ、 ＨＩ Ｐ炉にて
保持した後、２０００ｋｇｆ／ｃｒｌＴの圧力を保持し
たまま室温まで徐冷した。
２０Ｏ０／ｃｆｆｌ Ｔ： ３Ｈｒ、 ＨＩ Ｐ炉にて
保持した後、２０００ｋｇｆ／ｃｒｌＴの圧力を保持し
たまま室温まで徐冷した。
（３）得られた複合素材に機械加工を施し、上蓋および
凹部側壁を除去し、φ１５０ｘｌＯＯｔ ｍｌの複合材
に仕上げた。
凹部側壁を除去し、φ１５０ｘｌＯＯｔ ｍｌの複合材
に仕上げた。
（４）該複合材を用いて、超音波探傷検査、浸透探傷検
査および光学顕微鏡観察を行い、接合状態を調査した結
果、境界面での割れ、剥離等の欠陥は認められなかった
。
査および光学顕微鏡観察を行い、接合状態を調査した結
果、境界面での割れ、剥離等の欠陥は認められなかった
。
（発明の効果）
以上説明した通り、本発明の異材接合方法は、複合化す
べき一対の素材をＨＩＰにより拡散接合した後、いずれ
か一方の素材の耐力以上の圧力を保持したまま冷却する
ので、冷却に伴い熱収縮差が生しても、耐力の低い側の
素材が高い側の素材の収縮に追随して漸次塑性変形する
ため、接合界面での残留応力も漸次解消される。このた
め、残留応力が接合強度を越えるおそれはなく、インサ
ート材を用いることなく、接合面での割れ、剥離を確実
に防止することができる。
べき一対の素材をＨＩＰにより拡散接合した後、いずれ
か一方の素材の耐力以上の圧力を保持したまま冷却する
ので、冷却に伴い熱収縮差が生しても、耐力の低い側の
素材が高い側の素材の収縮に追随して漸次塑性変形する
ため、接合界面での残留応力も漸次解消される。このた
め、残留応力が接合強度を越えるおそれはなく、インサ
ート材を用いることなく、接合面での割れ、剥離を確実
に防止することができる。
第１図および第２図は実施例に係るＨＩＰカプセルの断
面図、第３図は熱膨張率の異なる材料の冷却に伴う熱収
縮量を示すグラフ図である。
面図、第３図は熱膨張率の異なる材料の冷却に伴う熱収
縮量を示すグラフ図である。
Claims (1)
- （１）熱膨張係数の異なる一対の素材を臨接し、熱間等
方圧加圧により両素材の臨接面を拡散接合する異材接合
方法において、 両素材を拡散接合した後、いずれか一方の素材の耐力以
上の圧力を保持したまま冷却することを特徴とする異材
接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17995990A JPH0474774A (ja) | 1990-07-07 | 1990-07-07 | 異材接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17995990A JPH0474774A (ja) | 1990-07-07 | 1990-07-07 | 異材接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0474774A true JPH0474774A (ja) | 1992-03-10 |
Family
ID=16074960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17995990A Pending JPH0474774A (ja) | 1990-07-07 | 1990-07-07 | 異材接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0474774A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07204953A (ja) * | 1994-01-21 | 1995-08-08 | Asahi Chem Ind Co Ltd | クラッド板の表面切削加工する方法 |
| JP2016168597A (ja) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 接合体、構造体、接合体の製造装置、及び接合体の製造方法 |
| JP2018096666A (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 日新製鋼株式会社 | 熱交換器の製造方法 |
-
1990
- 1990-07-07 JP JP17995990A patent/JPH0474774A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07204953A (ja) * | 1994-01-21 | 1995-08-08 | Asahi Chem Ind Co Ltd | クラッド板の表面切削加工する方法 |
| JP2016168597A (ja) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 接合体、構造体、接合体の製造装置、及び接合体の製造方法 |
| JP2018096666A (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 日新製鋼株式会社 | 熱交換器の製造方法 |
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