JPH10183316A - アルミニウム鋳物材の表面改質法 - Google Patents
アルミニウム鋳物材の表面改質法Info
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- JPH10183316A JPH10183316A JP34578996A JP34578996A JPH10183316A JP H10183316 A JPH10183316 A JP H10183316A JP 34578996 A JP34578996 A JP 34578996A JP 34578996 A JP34578996 A JP 34578996A JP H10183316 A JPH10183316 A JP H10183316A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】疲れ強さに優れ、耐久性に優れたアルミニウム
鋳物材を提供する。 【解決手段】アルミニウム鋳物材の表面に、高速回転す
るプローブを接触させて摩擦熱にて軟化させる摩擦撹拌
溶接処理を施して、アルミニウム鋳物材の表面を改質す
る。
鋳物材を提供する。 【解決手段】アルミニウム鋳物材の表面に、高速回転す
るプローブを接触させて摩擦熱にて軟化させる摩擦撹拌
溶接処理を施して、アルミニウム鋳物材の表面を改質す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウム鋳
物材の表面改質法に関する。
物材の表面改質法に関する。
【０００２】なお、この明細書において、「アルミニウ
ム」の語はアルミニウム及びその合金を含む意味で、
「鋳物材」の語はダイカスト材を含む意味で用いる。
ム」の語はアルミニウム及びその合金を含む意味で、
「鋳物材」の語はダイカスト材を含む意味で用いる。
【０００３】
【従来の技術及び解決しようとする課題】例えば自動車
のエンジンブロックや、射出成形金型等は、成形の容易
性、コスト面等の理由からアルミニウム鋳物材で製作さ
れる場合が多い。
のエンジンブロックや、射出成形金型等は、成形の容易
性、コスト面等の理由からアルミニウム鋳物材で製作さ
れる場合が多い。
【０００４】しかしながら、アルミニウム鋳物材は疲れ
強さに劣り、繰り返し荷重によって早期に破損し易いと
いう欠点があった。しかも、鋳肌表面の凹凸が著しいた
め、例えばエンジンブロックのコーナー部のような高応
力が作用する部位では応力集中による割れの起点となる
というような欠点もあった。
強さに劣り、繰り返し荷重によって早期に破損し易いと
いう欠点があった。しかも、鋳肌表面の凹凸が著しいた
め、例えばエンジンブロックのコーナー部のような高応
力が作用する部位では応力集中による割れの起点となる
というような欠点もあった。
【０００５】この発明は、このような欠点を解消するた
めになされたものであって、疲れ強さに優れ、耐久性に
優れたアルミニウム鋳物材を提供することを目的とす
る。
めになされたものであって、疲れ強さに優れ、耐久性に
優れたアルミニウム鋳物材を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、アルミニウム鋳物材の表面に摩擦撹拌
溶接処理を施すことにより、アルミニウム鋳物材の表面
を改質しようというものである。
に、この発明は、アルミニウム鋳物材の表面に摩擦撹拌
溶接処理を施すことにより、アルミニウム鋳物材の表面
を改質しようというものである。
【０００７】即ち、この発明は、アルミニウム鋳物材の
表面に、高速回転するプローブを接触させて摩擦熱にて
軟化させる摩擦撹拌溶接処理を施すことを特徴とするア
ルミニウム鋳物材の表面改質法を要旨とするものであ
る。
表面に、高速回転するプローブを接触させて摩擦熱にて
軟化させる摩擦撹拌溶接処理を施すことを特徴とするア
ルミニウム鋳物材の表面改質法を要旨とするものであ
る。
【０００８】この発明において用いるアルミニウム鋳物
材の種類は限定されることはなく、純アルミニウム系、
Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ
−Ｓｉ系合金等のＪＩＳ規格アルミニウム鋳物材やその
他の鋳物材の中から、用途との関係で適宜選択使用すれ
ば良い。
材の種類は限定されることはなく、純アルミニウム系、
Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓ
ｉ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ
−Ｓｉ系合金等のＪＩＳ規格アルミニウム鋳物材やその
他の鋳物材の中から、用途との関係で適宜選択使用すれ
ば良い。
【０００９】摩擦撹拌溶接処理は、高速回転するプロー
ブを用いて行うものである。図１に、摩擦撹拌溶接装置
を用いて溶接を行う場合の一例を示す。この装置は、径
大の円筒型支持体（１０）の端部軸線上に径小の円柱状
プローブ（１１）が突出して一体に設けられたものであ
り、支持体（１０）を高速回転させることによりプロー
ブ（１１）も同時に高速回転させうるものとなされてい
る。
ブを用いて行うものである。図１に、摩擦撹拌溶接装置
を用いて溶接を行う場合の一例を示す。この装置は、径
大の円筒型支持体（１０）の端部軸線上に径小の円柱状
プローブ（１１）が突出して一体に設けられたものであ
り、支持体（１０）を高速回転させることによりプロー
ブ（１１）も同時に高速回転させうるものとなされてい
る。
【００１０】前記プローブ（１１）は、アルミニウム鋳
物材（１）の表面に生じる摩擦熱によって鋳物材表面を
軟化し、自らは固体のまま移動しつつ軟化した鋳物材表
面を撹拌するものである。従って、その材質は、アルミ
ニウム鋳物材（１）よりも融点が高く、また硬度の高い
ものが好ましく、例えば溶接時に発生する摩擦熱に耐え
うる例えばＳＫＤ６１等によって形成されている。
物材（１）の表面に生じる摩擦熱によって鋳物材表面を
軟化し、自らは固体のまま移動しつつ軟化した鋳物材表
面を撹拌するものである。従って、その材質は、アルミ
ニウム鋳物材（１）よりも融点が高く、また硬度の高い
ものが好ましく、例えば溶接時に発生する摩擦熱に耐え
うる例えばＳＫＤ６１等によって形成されている。
【００１１】一方、前記支持体（１０）は、そのプロー
ブ突出側の端面（１０ａ）をアルミニウム鋳物材（１）
の表面に当接され、回転しながらアルミニウム鋳物材
（１）の表面上をプローブ（１１）とともに移動するも
のであり、プローブ（１１）の挿入部分から軟化した鋳
物材が飛散するのを防止する。従って、支持体（１０）
を構成する材料は、プローブ（１１）に匹敵する融点及
び硬度を備えた材質であることが好ましい。
ブ突出側の端面（１０ａ）をアルミニウム鋳物材（１）
の表面に当接され、回転しながらアルミニウム鋳物材
（１）の表面上をプローブ（１１）とともに移動するも
のであり、プローブ（１１）の挿入部分から軟化した鋳
物材が飛散するのを防止する。従って、支持体（１０）
を構成する材料は、プローブ（１１）に匹敵する融点及
び硬度を備えた材質であることが好ましい。
【００１２】而して、この支持体（１０）のプローブ突
出側の端面（１０ａ）がアルミニウム鋳物材（１）の表
面に当接した状態で回転しつつ移動するから、軟化後冷
却固化したアルミニウム鋳物材におけるプローブ挿入部
分が支持体（１０）の移動に伴って研磨を受けたのと同
じになり、優れた表面平滑性が得られる。
出側の端面（１０ａ）がアルミニウム鋳物材（１）の表
面に当接した状態で回転しつつ移動するから、軟化後冷
却固化したアルミニウム鋳物材におけるプローブ挿入部
分が支持体（１０）の移動に伴って研磨を受けたのと同
じになり、優れた表面平滑性が得られる。
【００１３】上記の摩擦撹拌溶接装置を用いて、アルミ
ニウム鋳物材の表面における改質が必要な部位、特に応
力集中を生じ易いコーナー部や凹凸部に対して、撹拌溶
接処理を行う。具体的には、高速回転する摩擦撹拌溶接
装置のプローブ（１１）を、アルミニウム鋳物材（１）
の表面に接触させて接触部分を軟化可塑化させながら、
さらにプローブ（１１）を押し付けてプローブ（１１）
をアルミニウム鋳物材の内部に挿入していく。支持体
（１０）の端面（１０ａ）がアルミニウム鋳物材（１）
の表面に当接するまでプローブ（１１）を挿入する。
ニウム鋳物材の表面における改質が必要な部位、特に応
力集中を生じ易いコーナー部や凹凸部に対して、撹拌溶
接処理を行う。具体的には、高速回転する摩擦撹拌溶接
装置のプローブ（１１）を、アルミニウム鋳物材（１）
の表面に接触させて接触部分を軟化可塑化させながら、
さらにプローブ（１１）を押し付けてプローブ（１１）
をアルミニウム鋳物材の内部に挿入していく。支持体
（１０）の端面（１０ａ）がアルミニウム鋳物材（１）
の表面に当接するまでプローブ（１１）を挿入する。
【００１４】そして、この状態で、表面改質の必要な範
囲に渡ってプローブ（１１）を移動させる。プローブの
回転により、プローブとの接触部分及びその周辺におい
て、アルミニウム鋳物材の表面が軟化撹拌されるととも
に、プローブ（１１）の移動に伴う離間によって、軟化
撹拌部分が冷却固化する。この現象がプローブ（１１）
の移動に伴って順次繰り返されていく。同時に、冷却固
化された鋳物材の表面が、支持体（１０）の端面（１０
ａ）によって擦られ、優れた表面平滑性が得られる。
囲に渡ってプローブ（１１）を移動させる。プローブの
回転により、プローブとの接触部分及びその周辺におい
て、アルミニウム鋳物材の表面が軟化撹拌されるととも
に、プローブ（１１）の移動に伴う離間によって、軟化
撹拌部分が冷却固化する。この現象がプローブ（１１）
の移動に伴って順次繰り返されていく。同時に、冷却固
化された鋳物材の表面が、支持体（１０）の端面（１０
ａ）によって擦られ、優れた表面平滑性が得られる。
【００１５】ここに、アルミニウム鋳物材に対するプロ
ーブ（１１）の挿入深さが浅すぎると、表面改質が不十
分となり、深すぎても表面改質の効果は変わらないこと
から、プローブ（１１）の挿入深さは１〜３ｍｍに設定
するのが良い。また、プローブ（１１）の回転速度が小
さすぎると、アルミニウム鋳物材の軟化撹拌が困難とな
り、逆に大きすぎると、過度に撹拌してアルミニウム材
の飛散等を生じるため、プローブ（１１）の回転速度は
１０００〜２０００ｒｐｍに設定するのが良い。また、
プローブ（１１）の移動が遅すぎると効率が低下する一
方、速すぎると軟化撹拌が不十分となるため、プローブ
（１１）の移動速度は１０〜３０ｃｍ／分とするのが良
い。
ーブ（１１）の挿入深さが浅すぎると、表面改質が不十
分となり、深すぎても表面改質の効果は変わらないこと
から、プローブ（１１）の挿入深さは１〜３ｍｍに設定
するのが良い。また、プローブ（１１）の回転速度が小
さすぎると、アルミニウム鋳物材の軟化撹拌が困難とな
り、逆に大きすぎると、過度に撹拌してアルミニウム材
の飛散等を生じるため、プローブ（１１）の回転速度は
１０００〜２０００ｒｐｍに設定するのが良い。また、
プローブ（１１）の移動が遅すぎると効率が低下する一
方、速すぎると軟化撹拌が不十分となるため、プローブ
（１１）の移動速度は１０〜３０ｃｍ／分とするのが良
い。
【００１６】上記のような摩擦撹拌溶接処理によれば、
アルミニウム鋳物材の表面は溶融することなく、固相状
態のまま軟化撹拌して冷却硬化するから、表面を溶融し
て改質する場合に比べて、金属組織が微細となり、伸び
及び靭性が向上するとともに、疲れ強さが向上する。ま
た、表面を溶融して改質する場合のような、鋳物材の内
部ガスがブローホールを形成したりするような不都合も
ない。
アルミニウム鋳物材の表面は溶融することなく、固相状
態のまま軟化撹拌して冷却硬化するから、表面を溶融し
て改質する場合に比べて、金属組織が微細となり、伸び
及び靭性が向上するとともに、疲れ強さが向上する。ま
た、表面を溶融して改質する場合のような、鋳物材の内
部ガスがブローホールを形成したりするような不都合も
ない。
【００１７】
【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。
【００１８】ＪＩＳＡＣ４Ｃからなる縦２００ｍｍ×横
５０ｍｍ×肉厚１０ｍｍのアルミニウム鋳物材を鋳造し
た。
５０ｍｍ×肉厚１０ｍｍのアルミニウム鋳物材を鋳造し
た。
【００１９】次に、該アルミニウム鋳物材の表面を、摩
擦撹拌溶接処理した。具体的には、図１に示した摩擦撹
拌溶接装置のプローブ（１１）を高速回転させた状態
で、アルミニウム鋳物材の表面に垂直に挿入するととも
に、支持体（１０）のプローブ側端面（１０ａ）をアル
ミニウム鋳物材表面に当接させた。プローブ（１１）は
ＳＫＤ６１からなるものを用いるとともに、プローブの
外径は２ｍｍ、回転速度は１５００ｒｐｍ、挿入深さは
２ｍｍとした。
擦撹拌溶接処理した。具体的には、図１に示した摩擦撹
拌溶接装置のプローブ（１１）を高速回転させた状態
で、アルミニウム鋳物材の表面に垂直に挿入するととも
に、支持体（１０）のプローブ側端面（１０ａ）をアル
ミニウム鋳物材表面に当接させた。プローブ（１１）は
ＳＫＤ６１からなるものを用いるとともに、プローブの
外径は２ｍｍ、回転速度は１５００ｒｐｍ、挿入深さは
２ｍｍとした。
【００２０】次いで、プローブ（１１）を、アルミニウ
ム鋳物材の表面全体に対して２０ｃｍ／分の速度で均一
に移動させた。
ム鋳物材の表面全体に対して２０ｃｍ／分の速度で均一
に移動させた。
【００２１】こうして表面改質を行ったアルミニウム鋳
物材と、表面改質を行わなかったアルミニウム鋳物材に
つき、表面粗さ計により表面粗度（最大高さＲmax ）を
測定するとともに、引張と圧縮を交互に１０7 回繰り返
して、疲れ限度を測定した。
物材と、表面改質を行わなかったアルミニウム鋳物材に
つき、表面粗さ計により表面粗度（最大高さＲmax ）を
測定するとともに、引張と圧縮を交互に１０7 回繰り返
して、疲れ限度を測定した。
【００２２】その結果、表面改質を行った本発明実施品
は、Ｒmax ＝４．０μｍ、疲れ限度は１０．５ｋｇ／ｍ
ｍ2 であったのに対し、表面改質を行わなかった従来品
は、Ｒmax ＝６．４μｍ、疲れ限度は７．０ｋｇ／ｍｍ
2 であった。従って、本発明によれば、疲れ強さを向上
できることを確認し得た。
は、Ｒmax ＝４．０μｍ、疲れ限度は１０．５ｋｇ／ｍ
ｍ2 であったのに対し、表面改質を行わなかった従来品
は、Ｒmax ＝６．４μｍ、疲れ限度は７．０ｋｇ／ｍｍ
2 であった。従って、本発明によれば、疲れ強さを向上
できることを確認し得た。
【００２３】
【発明の効果】この発明は、上述の次第で、アルミニウ
ム鋳物材の表面に、高速回転するプローブを接触させて
摩擦熱にて軟化させる摩擦撹拌溶接処理を施すことを特
徴とするものであるから、アルミニウム鋳物材の表面を
溶融させることなく、固相状態のまま軟化撹拌して冷却
硬化させることができる。従って、摩擦撹拌溶接処理を
施した部位の金属組織を微細にでき、機械的強度を向上
できるとともに、疲れ強さを向上できる。その結果、ア
ルミニウム鋳物材からなる各種製品の耐久性を向上でき
る。また、摩擦撹拌溶接処理を施すことによって改質を
行うものであるから容易に実施でき、部材の一部分のみ
の表面改質も容易である。さらに、この表面改質は他の
材料を付与して行うものではないから、重量増加も生じ
ない。
ム鋳物材の表面に、高速回転するプローブを接触させて
摩擦熱にて軟化させる摩擦撹拌溶接処理を施すことを特
徴とするものであるから、アルミニウム鋳物材の表面を
溶融させることなく、固相状態のまま軟化撹拌して冷却
硬化させることができる。従って、摩擦撹拌溶接処理を
施した部位の金属組織を微細にでき、機械的強度を向上
できるとともに、疲れ強さを向上できる。その結果、ア
ルミニウム鋳物材からなる各種製品の耐久性を向上でき
る。また、摩擦撹拌溶接処理を施すことによって改質を
行うものであるから容易に実施でき、部材の一部分のみ
の表面改質も容易である。さらに、この表面改質は他の
材料を付与して行うものではないから、重量増加も生じ
ない。
【図１】摩擦撹拌溶接装置を用いて処理を行っている状
態の斜視図である。
態の斜視図である。
１…アルミニウム鋳物材 １１…プローブ
フロントページの続き (72)発明者 橋本 武典 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミニウム鋳物材の表面に、高速回転
するプローブを接触させて摩擦熱にて軟化させる摩擦撹
拌溶接処理を施すことを特徴とするアルミニウム鋳物材
の表面改質法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34578996A JP3229556B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | アルミニウム鋳物材の表面改質法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34578996A JP3229556B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | アルミニウム鋳物材の表面改質法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10183316A true JPH10183316A (ja) | 1998-07-14 |
| JP3229556B2 JP3229556B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=18378996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34578996A Expired - Fee Related JP3229556B2 (ja) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | アルミニウム鋳物材の表面改質法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3229556B2 (ja) |
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| GB2377947A (en) * | 2001-07-24 | 2003-01-29 | Federal Mogul Technology Ltd | Modifying the microstructure of piston blanks |
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-
1996
- 1996-12-25 JP JP34578996A patent/JP3229556B2/ja not_active Expired - Fee Related
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