JPH08281455A - 異種金属材料の摩擦圧接方法 - Google Patents
異種金属材料の摩擦圧接方法Info
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- JPH08281455A JPH08281455A JP8273495A JP8273495A JPH08281455A JP H08281455 A JPH08281455 A JP H08281455A JP 8273495 A JP8273495 A JP 8273495A JP 8273495 A JP8273495 A JP 8273495A JP H08281455 A JPH08281455 A JP H08281455A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Al合金材と鉄系材との接合において、良好
な接合強度が得られる異種金属材料の摩擦圧接方法を目
的とする。 【構成】 Al合金材1と鉄系材2との接合面をインサ
ート材3を介して突合わせ、突合わせ方向に加圧しなが
ら相対的に回転させることによりこれらの金属材料1、
2を接合する摩擦圧接方法において、前記インサート材
3が、Si;0.5〜20wt%、Zn;3〜15wt%、
Mg;0.5〜3wt%、Mn;0.1〜2wt%、Cu;
3〜6wt%のうちの1種または2種以上を含有し、ある
いはさらにTi;0.005〜0.2wt%、B;0.0
01〜0.1wt%の少なくともいずれかを含有し、残部
がAlおよび不純物であるAl合金からなる。
な接合強度が得られる異種金属材料の摩擦圧接方法を目
的とする。 【構成】 Al合金材1と鉄系材2との接合面をインサ
ート材3を介して突合わせ、突合わせ方向に加圧しなが
ら相対的に回転させることによりこれらの金属材料1、
2を接合する摩擦圧接方法において、前記インサート材
3が、Si;0.5〜20wt%、Zn;3〜15wt%、
Mg;0.5〜3wt%、Mn;0.1〜2wt%、Cu;
3〜6wt%のうちの1種または2種以上を含有し、ある
いはさらにTi;0.005〜0.2wt%、B;0.0
01〜0.1wt%の少なくともいずれかを含有し、残部
がAlおよび不純物であるAl合金からなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Al合金材と鉄系材
とを接合する異種金属材料の摩擦圧接方法に関するもの
である。
とを接合する異種金属材料の摩擦圧接方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】自動車、車両等の輸送機器部品、FA機
器部品、船舶トランジションジョイントには、Al合金
材と鉄系材とを接合一体化した複合材が多く用いられて
いる。このような異種金属材料を接合する方法として
は、2つの金属材料を突合わせ方向に加圧しながら相対
的に回転させ、突合わせ面およびその近傍に発生する摩
擦熱により金属を軟化させて圧接する摩擦圧接方法が知
られている。
器部品、船舶トランジションジョイントには、Al合金
材と鉄系材とを接合一体化した複合材が多く用いられて
いる。このような異種金属材料を接合する方法として
は、2つの金属材料を突合わせ方向に加圧しながら相対
的に回転させ、突合わせ面およびその近傍に発生する摩
擦熱により金属を軟化させて圧接する摩擦圧接方法が知
られている。
【0003】Al系材と鉄系材との摩擦圧接において、
Al系材が純Alの場合は適正な圧接条件を設定するこ
とにより良好な接合性が得られるが、Al系材がAl−
Mg系等のAl合金の場合は、鉄系材との接合界面に脆
い金属間化合物が形成しやすく、接合性が低下する傾向
がある。そこで、特にAl合金材と鉄系材との接合にお
いては、継手強度の向上を目的として、これらの異種金
属材料の接合界面にA1050等の純Al材をインサー
ト材として介在させ、圧接後にも純Al層を残存させる
圧接方法が報告されている(軽金属溶接 vol.32,No.1
(1994),3 )。
Al系材が純Alの場合は適正な圧接条件を設定するこ
とにより良好な接合性が得られるが、Al系材がAl−
Mg系等のAl合金の場合は、鉄系材との接合界面に脆
い金属間化合物が形成しやすく、接合性が低下する傾向
がある。そこで、特にAl合金材と鉄系材との接合にお
いては、継手強度の向上を目的として、これらの異種金
属材料の接合界面にA1050等の純Al材をインサー
ト材として介在させ、圧接後にも純Al層を残存させる
圧接方法が報告されている(軽金属溶接 vol.32,No.1
(1994),3 )。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インサート材
として純Alを用いると、接合部に引張応力や剪断応力
が加わった場合純Al相当の継手強度しか得られず、複
合材の用途によっては強度が不足するという問題点があ
った。
として純Alを用いると、接合部に引張応力や剪断応力
が加わった場合純Al相当の継手強度しか得られず、複
合材の用途によっては強度が不足するという問題点があ
った。
【0005】この発明は、前記問題点を解消することを
目的として、Al合金材と鉄系材との接合において、良
好な接合強度が得られる異種金属材料の摩擦圧接方法を
提供しようとするものである。
目的として、Al合金材と鉄系材との接合において、良
好な接合強度が得られる異種金属材料の摩擦圧接方法を
提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の異種金属材料
の摩擦圧接方法は、前記目的を達成するために、Al合
金材(1)と鉄系材(2)との接合面をインサート材
(3)を介して突合わせ、突合わせ方向に加圧しながら
相対的に回転させることによりこれらの金属材料(1)
(2)を接合する摩擦圧接方法において、前記インサー
ト材(3)が、Si;0.5〜20wt%、Zn;3〜1
5wt%、Mg;0.5〜3wt%、Mn;0.1〜2wt
%、Cu;3〜6wt%のうちの1種または2種以上を含
有し、あるいはさらにTi;0.005〜0.2wt%、
B;0.001〜0.1wt%の少なくともいずれかを含
有し、残部がAlおよび不純物であるAl合金からなる
ことを特徴とするものである。また、前記金属材料
(1)(2)の接合後に前記インサート材(3)の厚さ
が1〜10mmであることが好ましい。
の摩擦圧接方法は、前記目的を達成するために、Al合
金材(1)と鉄系材(2)との接合面をインサート材
(3)を介して突合わせ、突合わせ方向に加圧しながら
相対的に回転させることによりこれらの金属材料(1)
(2)を接合する摩擦圧接方法において、前記インサー
ト材(3)が、Si;0.5〜20wt%、Zn;3〜1
5wt%、Mg;0.5〜3wt%、Mn;0.1〜2wt
%、Cu;3〜6wt%のうちの1種または2種以上を含
有し、あるいはさらにTi;0.005〜0.2wt%、
B;0.001〜0.1wt%の少なくともいずれかを含
有し、残部がAlおよび不純物であるAl合金からなる
ことを特徴とするものである。また、前記金属材料
(1)(2)の接合後に前記インサート材(3)の厚さ
が1〜10mmであることが好ましい。
【0007】この発明の方法において、Al合金材
(1)とは、純Alを除く2000系、3000系、4
000系、5000系、6000系、7000系の各種
Al合金材であり、鉄系材(2)とは、純鉄材あるい
は、炭素鋼、合金鋼等の各種鉄合金材である。
(1)とは、純Alを除く2000系、3000系、4
000系、5000系、6000系、7000系の各種
Al合金材であり、鉄系材(2)とは、純鉄材あるい
は、炭素鋼、合金鋼等の各種鉄合金材である。
【0008】また、インサート材(3)としてAl合金
を使用するのは、被接合材との濡れ性を良くして、高い
接合強度を得るためである。また、被接合材となるAl
合金材の組成によって、高い接合強度を得られるインサ
ート材のAl合金の種類が異なり、最も高い接合強度の
得られる添加元素は表1に示すとおりである。
を使用するのは、被接合材との濡れ性を良くして、高い
接合強度を得るためである。また、被接合材となるAl
合金材の組成によって、高い接合強度を得られるインサ
ート材のAl合金の種類が異なり、最も高い接合強度の
得られる添加元素は表1に示すとおりである。
【0009】
【表1】
【0010】これらの添加元素は、Si、Zn、Mg、
Mn、Cuについては1種または2種以上を含有してい
れば接合強度を高めることができ、特にCuの場合はT
i、Bの併用によって金属組織が微細化されて接合強度
を高めることができる。前記各添加元素の含有量は、少
量過ぎても多量過ぎても上記効果に乏しくなる。従っ
て、インサート材(3)として使用するAl合金中のS
i含有量は0.5〜20wt%、Zn含有量は3〜15wt
%、Mg含有量は0.5〜3wt%、Mn含有量は0.1
〜2wt%、Cu含有量は3〜6wt%、Ti含有量は0.
005〜0.2wt%、B含有量は0.001〜0.1wt
%とする必要がある。Si含有量の好ましい下限値は1
0wt%、上限値は15wt%である。Zn含有量の好まし
い下限値は8wt%、上限値は10wt%である。Mg含有
量の好ましい下限値は1.5wt%、上限値は2wt%であ
る。Mn含有量の好ましい下限値は0.3wt%、上限値
は1wt%である。Cu含有量の好ましい下限値は4wt
%、上限値は5wt%である。Ti含有量の好ましい下限
値は0.01wt%、上限値は0.1wt%である。B含有
量の好ましい下限値は0.005wt%、上限値は0.0
5wt%である。
Mn、Cuについては1種または2種以上を含有してい
れば接合強度を高めることができ、特にCuの場合はT
i、Bの併用によって金属組織が微細化されて接合強度
を高めることができる。前記各添加元素の含有量は、少
量過ぎても多量過ぎても上記効果に乏しくなる。従っ
て、インサート材(3)として使用するAl合金中のS
i含有量は0.5〜20wt%、Zn含有量は3〜15wt
%、Mg含有量は0.5〜3wt%、Mn含有量は0.1
〜2wt%、Cu含有量は3〜6wt%、Ti含有量は0.
005〜0.2wt%、B含有量は0.001〜0.1wt
%とする必要がある。Si含有量の好ましい下限値は1
0wt%、上限値は15wt%である。Zn含有量の好まし
い下限値は8wt%、上限値は10wt%である。Mg含有
量の好ましい下限値は1.5wt%、上限値は2wt%であ
る。Mn含有量の好ましい下限値は0.3wt%、上限値
は1wt%である。Cu含有量の好ましい下限値は4wt
%、上限値は5wt%である。Ti含有量の好ましい下限
値は0.01wt%、上限値は0.1wt%である。B含有
量の好ましい下限値は0.005wt%、上限値は0.0
5wt%である。
【0011】また、前記インサート材(3)の厚さは、
圧接後の厚さを基準として設定することが好ましい。即
ち、インサート材(3)を圧接後に厚さ1〜8mmの範囲
に残存させることにより、最も良好な接合強度が得られ
る。これは、1mm未満ではインサート材(3)が接合界
面全体に一様に残存しないためであり、一方8mmを超え
るとインサート材(3)が押し出されずに界面に残留す
るためにインサート材(3)そのものの強度に支配され
るためであって、いずれも接合強度が低下するからであ
る。特に4〜6mmとなるように設定するのが良い。この
ような圧接後のインサート材(3)の厚さの制御は、圧
接前の厚さやアプセット圧力の調整によって行う。
圧接後の厚さを基準として設定することが好ましい。即
ち、インサート材(3)を圧接後に厚さ1〜8mmの範囲
に残存させることにより、最も良好な接合強度が得られ
る。これは、1mm未満ではインサート材(3)が接合界
面全体に一様に残存しないためであり、一方8mmを超え
るとインサート材(3)が押し出されずに界面に残留す
るためにインサート材(3)そのものの強度に支配され
るためであって、いずれも接合強度が低下するからであ
る。特に4〜6mmとなるように設定するのが良い。この
ような圧接後のインサート材(3)の厚さの制御は、圧
接前の厚さやアプセット圧力の調整によって行う。
【0012】
【作用】この発明の摩擦圧接方法においては、インサー
ト材(3)として所定量の元素を添加したAl合金を使
用しているため、Al合金材(1)と鉄系材(2)とが
高い接合強度が圧接される。
ト材(3)として所定量の元素を添加したAl合金を使
用しているため、Al合金材(1)と鉄系材(2)とが
高い接合強度が圧接される。
【0013】また、圧接後のインサート材(3)を厚さ
1〜10mmの範囲に残存させることにより、最も高い接
合強度が得られる。
1〜10mmの範囲に残存させることにより、最も高い接
合強度が得られる。
【0014】
【実施例】次に、この発明の異種金属材料の摩擦圧接方
法の具体的実施例について説明する。
法の具体的実施例について説明する。
【0015】接合に供するAl合金材としてA2017
Al合金、A3003Al合金、A4343Al合金、
A5056Al合金、A6061Al合金、A7003
Al合金からなる直径10mm×長さ100mmの6種類の
丸棒と、鉄系材としてS45C炭素鋼からなる直径10
mm×長さ100mmの丸棒とを使用した。また、実施例の
インサート材として後掲の表2に示す合金組成で直径1
0mm×厚さ5mmまたは9mmのものを用意した。また、比
較例のインサート材としてA1050純Alからなる同
寸法のものを用意した。
Al合金、A3003Al合金、A4343Al合金、
A5056Al合金、A6061Al合金、A7003
Al合金からなる直径10mm×長さ100mmの6種類の
丸棒と、鉄系材としてS45C炭素鋼からなる直径10
mm×長さ100mmの丸棒とを使用した。また、実施例の
インサート材として後掲の表2に示す合金組成で直径1
0mm×厚さ5mmまたは9mmのものを用意した。また、比
較例のインサート材としてA1050純Alからなる同
寸法のものを用意した。
【0016】図1に示すように、Al合金材(1)と鉄
系材(2)との接合界面に後掲の表2に示す組成および
厚さのインサート材(3)を挟み、摩擦圧力70MP
a,アプセット圧力180MPa、摩擦時間0.5秒、
回転数2000rpm、ブレーキ時間0.8秒の条件で
摩擦圧接した。
系材(2)との接合界面に後掲の表2に示す組成および
厚さのインサート材(3)を挟み、摩擦圧力70MP
a,アプセット圧力180MPa、摩擦時間0.5秒、
回転数2000rpm、ブレーキ時間0.8秒の条件で
摩擦圧接した。
【0017】そして、圧接した各継手について、インサ
ート材(3)の厚さを測定するとともに、JIS Z3
121(突合せ溶接部の試験方法)およびJIS Z2
201(金属材料引張試験片)に基づき引張強さを測定
した。これらの結果を表2に示す。
ート材(3)の厚さを測定するとともに、JIS Z3
121(突合せ溶接部の試験方法)およびJIS Z2
201(金属材料引張試験片)に基づき引張強さを測定
した。これらの結果を表2に示す。
【0018】
【表2】
【0019】表2の結果から明らかなように、インサー
ト材として各種Al合金を使用した各実施例は、純Al
を使用した比較例よりも引張強さに優れていることを確
認しえた。
ト材として各種Al合金を使用した各実施例は、純Al
を使用した比較例よりも引張強さに優れていることを確
認しえた。
【0020】
【発明の効果】以上のように、この発明にかかる異種金
属材料の摩擦圧接方法は、Al合金材と鉄系材との接合
面をインサート材を介して突合わせ、突合わせ方向に加
圧しながら相対的に回転させることによりこれらの金属
材料を接合する摩擦圧接方法において、前記インサート
材が、Si;0.5〜20wt%、Zn;3〜15wt%、
Mg;0.5〜3wt%、Mn;0.1〜2wt%、Cu;
3〜6wt%のうちの1種または2種以上を含有し、ある
いはさらにTi;0.005〜0.2wt%、B;0.0
01〜0.1wt%の少なくともいずれかを含有し、残部
がAlおよび不純物であるAl合金からなるから、接合
強度に優れた複合材が得られる。
属材料の摩擦圧接方法は、Al合金材と鉄系材との接合
面をインサート材を介して突合わせ、突合わせ方向に加
圧しながら相対的に回転させることによりこれらの金属
材料を接合する摩擦圧接方法において、前記インサート
材が、Si;0.5〜20wt%、Zn;3〜15wt%、
Mg;0.5〜3wt%、Mn;0.1〜2wt%、Cu;
3〜6wt%のうちの1種または2種以上を含有し、ある
いはさらにTi;0.005〜0.2wt%、B;0.0
01〜0.1wt%の少なくともいずれかを含有し、残部
がAlおよび不純物であるAl合金からなるから、接合
強度に優れた複合材が得られる。
【0021】前記摩擦圧接方法において、特に、前記金
属材料の接合後に前記インサート材の厚さを1〜10mm
とすることにより、最も接合強度に優れた複合材が得ら
れる。
属材料の接合後に前記インサート材の厚さを1〜10mm
とすることにより、最も接合強度に優れた複合材が得ら
れる。
【図1】この発明の実施例において、摩擦圧接方法を示
す正面図である。
す正面図である。
1…Al合金材 2…鉄系材 3…インサート材
Claims (2)
- 【請求項1】 Al合金材(1)と鉄系材(2)との接
合面をインサート材(3)を介して突合わせ、突合わせ
方向に加圧しながら相対的に回転させることによりこれ
らの金属材料(1)(2)を接合する摩擦圧接方法にお
いて、 前記インサート材(3)が、Si;0.5〜20wt%、
Zn;3〜15wt%、Mg;0.5〜3wt%、Mn;
0.1〜2wt%、Cu;3〜6wt%のうちの1種または
2種以上を含有し、あるいはさらにTi;0.005〜
0.2wt%、B;0.001〜0.1wt%の少なくとも
いずれかを含有し、残部がAlおよび不純物であるAl
合金からなることを特徴とする異種金属材料の摩擦圧接
方法。 - 【請求項2】 前記金属材料(1)(2)の接合後にお
ける前記インサート材(3)の厚さが1〜10mmである
請求項1に記載の異種金属材料の摩擦圧接方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8273495A JP3437005B2 (ja) | 1995-04-07 | 1995-04-07 | 異種金属材料の摩擦圧接方法および異種金属接合材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8273495A JP3437005B2 (ja) | 1995-04-07 | 1995-04-07 | 異種金属材料の摩擦圧接方法および異種金属接合材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08281455A true JPH08281455A (ja) | 1996-10-29 |
JP3437005B2 JP3437005B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=13782654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8273495A Expired - Fee Related JP3437005B2 (ja) | 1995-04-07 | 1995-04-07 | 異種金属材料の摩擦圧接方法および異種金属接合材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3437005B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008120428A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 接合方法および接合装置 |
CN106346128A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-01-25 | 西北工业大学 | 添加中间层的铝铜异种金属旋转摩擦焊接方法 |
CN108544077A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-18 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种摩擦预堆中间层辅助异质材料回填式搅拌摩擦点焊方法 |
CN108869515A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-23 | 苏州鑫金茂金属科技有限公司 | 一种具有螺帽的304钣金件 |
-
1995
- 1995-04-07 JP JP8273495A patent/JP3437005B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008120428A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | 接合方法および接合装置 |
JPWO2008120428A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2010-07-15 | 川崎重工業株式会社 | 接合方法および接合装置 |
JP5002005B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2012-08-15 | 川崎重工業株式会社 | 接合方法および接合装置 |
CN106346128A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-01-25 | 西北工业大学 | 添加中间层的铝铜异种金属旋转摩擦焊接方法 |
CN108544077A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-18 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种摩擦预堆中间层辅助异质材料回填式搅拌摩擦点焊方法 |
CN108869515A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-23 | 苏州鑫金茂金属科技有限公司 | 一种具有螺帽的304钣金件 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3437005B2 (ja) | 2003-08-18 |
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