JPH10193142A - 球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法 - Google Patents
球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法Info
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- JPH10193142A JPH10193142A JP35047796A JP35047796A JPH10193142A JP H10193142 A JPH10193142 A JP H10193142A JP 35047796 A JP35047796 A JP 35047796A JP 35047796 A JP35047796 A JP 35047796A JP H10193142 A JPH10193142 A JP H10193142A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 一方または双方が球状黒鉛鋳鉄材を摩擦圧
接して強度部品を得る。 【解決手段】 摩擦発熱工程での摩擦寄り速度を０．０
０１〜０．２ｍｍ／ｓ、球状黒鉛鋳鉄材が中実では、摩
擦発熱工程での摩擦速度を３．５〜１０ｍ／ｓ、摩擦寄
り速度を０．００１〜０．０５ｍｍ／ｓとし、アプセッ
ト工程でのアプセット圧力を６０〜１００ＭＰａとし
て、圧接面を母材の強度および伸びを持つ機械的性質と
する。
接して強度部品を得る。 【解決手段】 摩擦発熱工程での摩擦寄り速度を０．０
０１〜０．２ｍｍ／ｓ、球状黒鉛鋳鉄材が中実では、摩
擦発熱工程での摩擦速度を３．５〜１０ｍ／ｓ、摩擦寄
り速度を０．００１〜０．０５ｍｍ／ｓとし、アプセッ
ト工程でのアプセット圧力を６０〜１００ＭＰａとし
て、圧接面を母材の強度および伸びを持つ機械的性質と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、球状黒鉛鋳鉄材の
摩擦圧接方法に関し、詳しくは、摩擦発熱工程での摩擦
寄り速度、摩擦速度、およびアプセット工程でのアプセ
ット圧力を適切に選定して摩擦圧接することにより、球
状黒鉛鋳鉄材からなる強度部材を得る摩擦圧接方法に関
する。
摩擦圧接方法に関し、詳しくは、摩擦発熱工程での摩擦
寄り速度、摩擦速度、およびアプセット工程でのアプセ
ット圧力を適切に選定して摩擦圧接することにより、球
状黒鉛鋳鉄材からなる強度部材を得る摩擦圧接方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦圧接は、接合しようとする２個の部
材を接触させて、加圧しながら接触面に相対運動を起こ
させ、発生する摩擦熱によって接触面近傍の温度を高め
て行う接合方法である。そして一般の摩擦圧接は、図１
に基本的な摩擦圧接サイクルとして示すように、片側の
素材を回転させて一定圧力（摩擦圧力）で所定時間（摩
擦時間）押し付けあい、接触面を摩擦熱により温度上昇
させて高温層を形成する摩擦発熱工程と、このあと回転
を急停止し、さらに高い圧力（アプセット圧力）を加
え、そのまま一定時間（アプセット時間）保持させ、材
料を高温・高圧のもとで固相接合させるアプセット工程
からなる。
材を接触させて、加圧しながら接触面に相対運動を起こ
させ、発生する摩擦熱によって接触面近傍の温度を高め
て行う接合方法である。そして一般の摩擦圧接は、図１
に基本的な摩擦圧接サイクルとして示すように、片側の
素材を回転させて一定圧力（摩擦圧力）で所定時間（摩
擦時間）押し付けあい、接触面を摩擦熱により温度上昇
させて高温層を形成する摩擦発熱工程と、このあと回転
を急停止し、さらに高い圧力（アプセット圧力）を加
え、そのまま一定時間（アプセット時間）保持させ、材
料を高温・高圧のもとで固相接合させるアプセット工程
からなる。
【０００３】摩擦圧接は、突き合わせ面の酸化物などが
摩擦中に破壊されて押し出されるので、圧接部にはＣＯ
２ 溶接などの溶融溶接に見られる気孔や介在物が少な
く、加熱度が他の溶接法に比べて低いので熱影響部が少
なく、圧接条件を制御することで工程を自動化して安定
した品質が得られ、経済性が高いなどの特徴を有してい
る。
摩擦中に破壊されて押し出されるので、圧接部にはＣＯ
２ 溶接などの溶融溶接に見られる気孔や介在物が少な
く、加熱度が他の溶接法に比べて低いので熱影響部が少
なく、圧接条件を制御することで工程を自動化して安定
した品質が得られ、経済性が高いなどの特徴を有してい
る。
【０００４】しかしながら、鋼材同士の摩擦圧接に対し
ては上記の効果が得られるが、球状黒鉛鋳鉄の摩擦圧接
は、黒鉛が潤滑作用を行って摩擦発熱が起こりにくいこ
と、あるいは融点が低くて圧接固相面の温度が低いこと
などから、鋼材同士に比較してかなり困難である。
ては上記の効果が得られるが、球状黒鉛鋳鉄の摩擦圧接
は、黒鉛が潤滑作用を行って摩擦発熱が起こりにくいこ
と、あるいは融点が低くて圧接固相面の温度が低いこと
などから、鋼材同士に比較してかなり困難である。
【０００５】鋳鉄材の摩擦圧接について、特公昭４９−
４１５０号公報には、一方または双方が片状黒鉛からな
る鋳鉄部材の摩擦圧接方法として、片状黒鉛鋳鉄片と炭
素鋼片においては、摩擦圧力２０ＭＰａと小さく、摩擦
時間６０ｓと長く、アプセット圧力１００ＭＰａ、アプ
セット時間４ｓとし、また、片状黒鉛鋳鉄片同士におい
ては、摩擦圧力３０ＭＰａと小さく、摩擦時間１５０ｓ
と長く、アプセット圧力６０ＭＰａ、アプセット時間１
０ｓとすることで、接合区域の黒鉛の拡散促進と伸長化
防止をはかり、摩擦にともなう機械的撹拌作用によって
残留黒鉛を微細にすることで、母材に近い接合強度を得
ようとする開示がある。
４１５０号公報には、一方または双方が片状黒鉛からな
る鋳鉄部材の摩擦圧接方法として、片状黒鉛鋳鉄片と炭
素鋼片においては、摩擦圧力２０ＭＰａと小さく、摩擦
時間６０ｓと長く、アプセット圧力１００ＭＰａ、アプ
セット時間４ｓとし、また、片状黒鉛鋳鉄片同士におい
ては、摩擦圧力３０ＭＰａと小さく、摩擦時間１５０ｓ
と長く、アプセット圧力６０ＭＰａ、アプセット時間１
０ｓとすることで、接合区域の黒鉛の拡散促進と伸長化
防止をはかり、摩擦にともなう機械的撹拌作用によって
残留黒鉛を微細にすることで、母材に近い接合強度を得
ようとする開示がある。
【０００６】また、特開平４−２３１１８３号公報に
は、炭素鋼材料と球状黒鉛鋳鉄材料の摩擦圧接方法とし
て、摩擦圧力２０〜４０ＭＰａと小さく、摩擦時間６０
〜１２０ｓと長くすることで、接合部の温度勾配を緩く
してマルテンサイトおよびセメンタイトの析出を防止す
るとともに黒鉛を接合部から消失させ、その後、アプセ
ット圧力８０〜１４０ＭＰａと大きく、アプセット時間
６〜１０ｓと短くすることで、大きな接合強度をはかろ
うとする開示がある。
は、炭素鋼材料と球状黒鉛鋳鉄材料の摩擦圧接方法とし
て、摩擦圧力２０〜４０ＭＰａと小さく、摩擦時間６０
〜１２０ｓと長くすることで、接合部の温度勾配を緩く
してマルテンサイトおよびセメンタイトの析出を防止す
るとともに黒鉛を接合部から消失させ、その後、アプセ
ット圧力８０〜１４０ＭＰａと大きく、アプセット時間
６〜１０ｓと短くすることで、大きな接合強度をはかろ
うとする開示がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らは、上記の特公昭４９−４１５０号公報または特開
平４−２３１１８３号公報で開示するような摩擦圧力、
摩擦時間、アプセット圧力、アプセット時間の制御のみ
では、鋼材と球状黒鉛鋳鉄材、または球状黒鉛鋳鉄同士
を摩擦圧接して強度部品とした場合、まだまだ球状黒鉛
鋳鉄材の母材近くの機械的性質が得られないことがわか
った。
者らは、上記の特公昭４９−４１５０号公報または特開
平４−２３１１８３号公報で開示するような摩擦圧力、
摩擦時間、アプセット圧力、アプセット時間の制御のみ
では、鋼材と球状黒鉛鋳鉄材、または球状黒鉛鋳鉄同士
を摩擦圧接して強度部品とした場合、まだまだ球状黒鉛
鋳鉄材の母材近くの機械的性質が得られないことがわか
った。
【０００８】すなわち、球状黒鉛鋳鉄材を低摩擦圧力、
長摩擦時間により摩擦圧接を行うと、球状黒鉛鋳鉄の基
地組織が摩擦熱により硬い組織へと再結晶し見かけ上は
強度が上がる。しかし、まだまだ延性や靭性が不足し、
また熱処理によって機械的性質を向上させても、圧接面
が球状黒鉛鋳鉄材の母材よりも低強度であるため強度部
材への適用は難しい。
長摩擦時間により摩擦圧接を行うと、球状黒鉛鋳鉄の基
地組織が摩擦熱により硬い組織へと再結晶し見かけ上は
強度が上がる。しかし、まだまだ延性や靭性が不足し、
また熱処理によって機械的性質を向上させても、圧接面
が球状黒鉛鋳鉄材の母材よりも低強度であるため強度部
材への適用は難しい。
【０００９】本発明者らは、応力がかかって破断するの
は圧接面であるが、球状黒鉛鋳鉄材の圧接面近傍の黒鉛
の球状化率が大きければ破断に至る応力も高くすること
ができる知見を得た。そして、本発明者らは、黒鉛の球
状化率向上に寄与するのは、前述の摩擦圧力、摩擦時
間、アプセット圧力、アプセット時間に加え、摩擦速
度、摩擦寄り代に対する摩擦時間すなわち摩擦寄り速度
であり、球状黒鉛鋳鉄材が中空か中実かの違いはある
が、摩擦寄り速度を小さく、また摩擦速度を大きくする
ことで延性や靭性が向上し、強度部材にも適用できるこ
とを見い出し本発明に想到した。
は圧接面であるが、球状黒鉛鋳鉄材の圧接面近傍の黒鉛
の球状化率が大きければ破断に至る応力も高くすること
ができる知見を得た。そして、本発明者らは、黒鉛の球
状化率向上に寄与するのは、前述の摩擦圧力、摩擦時
間、アプセット圧力、アプセット時間に加え、摩擦速
度、摩擦寄り代に対する摩擦時間すなわち摩擦寄り速度
であり、球状黒鉛鋳鉄材が中空か中実かの違いはある
が、摩擦寄り速度を小さく、また摩擦速度を大きくする
ことで延性や靭性が向上し、強度部材にも適用できるこ
とを見い出し本発明に想到した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の球状
黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法は、一方または双方が球状黒
鉛鋳鉄材からなる摩擦圧接方法において、摩擦発熱工程
での摩擦寄り速度を０．００１〜０．２ｍｍ／ｓとする
ことを特徴とする。
黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法は、一方または双方が球状黒
鉛鋳鉄材からなる摩擦圧接方法において、摩擦発熱工程
での摩擦寄り速度を０．００１〜０．２ｍｍ／ｓとする
ことを特徴とする。
【００１１】また、前記球状黒鉛鋳鉄材が中実形状で
は、摩擦速度を３．５〜１０ｍ／ｓとするとともに、摩
擦寄り速度を０．００１〜０．０５ｍｍ／ｓとする。
は、摩擦速度を３．５〜１０ｍ／ｓとするとともに、摩
擦寄り速度を０．００１〜０．０５ｍｍ／ｓとする。
【００１２】そして、アプセット工程でのアプセット圧
力を６０〜１００ＭＰａとすることを特徴とする。
力を６０〜１００ＭＰａとすることを特徴とする。
【００１３】摩擦寄り速度が０．００１未満では、１ｍ
ｍの摩擦寄り代を得るのに約17分摩擦時間を要して生産
性の面から量産には適さない。一方、摩擦寄り速度が
０．２ｍｍ／ｓを超えると、圧接部の引張強さが母材の
４０％以下となり強度部材への適用は難しい。従って摩
擦寄り速度は０．００１〜０．２ｍｍ／ｓとする。
ｍの摩擦寄り代を得るのに約17分摩擦時間を要して生産
性の面から量産には適さない。一方、摩擦寄り速度が
０．２ｍｍ／ｓを超えると、圧接部の引張強さが母材の
４０％以下となり強度部材への適用は難しい。従って摩
擦寄り速度は０．００１〜０．２ｍｍ／ｓとする。
【００１４】球状黒鉛鋳鉄材が中実の形状において、摩
擦速度を３．５〜１０ｍ／ｓとするとともに、摩擦寄り
速度を０．００１〜０．０５ｍｍ／ｓとするのは、摩擦
速度が３．５ｍ／ｓ未満では、摩擦寄り速度が大きくな
り、十分な引張強度が得られず、一方、摩擦速度が１０
ｍ／ｓを超えると圧接面の溶融した鋳鉄が摩擦回転中に
飛散することが予測されるためであり、摩擦寄り速度が
０．００１ｍｍ／ｓ未満では、前述のとおり摩擦時間が
非常に長時間となり、一方、摩擦寄り速度が０．０５ｍ
ｍ／ｓを超えると強度部材としての十分な強度が得られ
なくなるからである。
擦速度を３．５〜１０ｍ／ｓとするとともに、摩擦寄り
速度を０．００１〜０．０５ｍｍ／ｓとするのは、摩擦
速度が３．５ｍ／ｓ未満では、摩擦寄り速度が大きくな
り、十分な引張強度が得られず、一方、摩擦速度が１０
ｍ／ｓを超えると圧接面の溶融した鋳鉄が摩擦回転中に
飛散することが予測されるためであり、摩擦寄り速度が
０．００１ｍｍ／ｓ未満では、前述のとおり摩擦時間が
非常に長時間となり、一方、摩擦寄り速度が０．０５ｍ
ｍ／ｓを超えると強度部材としての十分な強度が得られ
なくなるからである。
【００１５】さらに、アプセット工程でのアプセット圧
力を６０〜１００ＭＰａとするのは、アプセット圧力が
８０ＭＰａをピークに引張り強度が低下する傾向があ
り、強度部材への適用には６０〜１００ＭＰａの範囲が
適しているためである。
力を６０〜１００ＭＰａとするのは、アプセット圧力が
８０ＭＰａをピークに引張り強度が低下する傾向があ
り、強度部材への適用には６０〜１００ＭＰａの範囲が
適しているためである。
【００１６】
【発明の実施の形態】直径３０ｍｍの球状黒鉛鋳鉄材
（ＪＩＳ）ＦＣＤ３７０同士を、摩擦速度３．５〜４．
０ｍ／ｓで相対的に回転しながら表１に示す条件で摩擦
圧接を行った。
（ＪＩＳ）ＦＣＤ３７０同士を、摩擦速度３．５〜４．
０ｍ／ｓで相対的に回転しながら表１に示す条件で摩擦
圧接を行った。
【００１７】 （表１） 摩 擦 発 熱 工 程 アフ゜セット加圧工程 圧力 時間 寄り代 速度 寄り速度 圧力 時間 (MPa) (ｓ) (mm) (m/s) (m/s) (MPa) (s) 実施例 1 40 128 1.5 4.0 0.012 80 10 実施例 2 40 173 2.5 4.0 0.014 80 10 実施例 3 40 180 2.4 3.5 0.013 80 10 実施例 4 30 186 1.0 4.0 0.005 80 10 実施例 5 30 345 1.5 4.0 0.004 80 10 比較例 1 80 34 7.2 2.4 0.212 200 5 比較例 2 40 182 7.2 2.4 0.040 20 5 （注）表１で、摩擦発熱工程での圧力、時間、寄り代、速度、および寄り速度は 、それぞれ摩擦圧力、摩擦時間、摩擦寄り代、摩擦速度、および摩擦寄り速度を 、またアプセット工程での圧力、時間はそれぞれアプセット圧力、アプセット時 間を示す。
【００１８】摩擦圧接後、圧接面を含めて試験片を作製
し、引張強さおよび伸びの機械的性質を調べた。その結
果を表２に示す。
し、引張強さおよび伸びの機械的性質を調べた。その結
果を表２に示す。
【００１９】
【００２０】表１および表２から、中実形状の球状黒鉛
鋳鉄材同士では、摩擦発熱工程での摩擦速度を３．５〜
１０ｍ／ｓとするとともに、摩擦寄り速度を０．００１
〜０．０５ｍｍ／ｓ、またアプセット圧力を６０〜１０
０ＭＰａとすることにより、引張強さが３９０ＭＰａ以
上、伸びが１０％以上となって、強度部材に適用するこ
とができる。
鋳鉄材同士では、摩擦発熱工程での摩擦速度を３．５〜
１０ｍ／ｓとするとともに、摩擦寄り速度を０．００１
〜０．０５ｍｍ／ｓ、またアプセット圧力を６０〜１０
０ＭＰａとすることにより、引張強さが３９０ＭＰａ以
上、伸びが１０％以上となって、強度部材に適用するこ
とができる。
【００２１】
【発明の効果】以上詳細に説明のとおり、本発明の球状
黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法は、一方または双方が球状黒
鉛鋳鉄材からなる摩擦圧接方法において、摩擦発熱工程
での摩擦寄り速度を０．００１〜０．２ｍｍ／ｓとし、
球状黒鉛鋳鉄材が中実形状においては、摩擦速度を３．
５〜１０ｍ／ｓ、摩擦寄り速度を０．００１〜０．０５
ｍｍ／ｓとすることで、引張強さ、伸びなどの機械的性
質に優れ、強度部材に適用することができる。
黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法は、一方または双方が球状黒
鉛鋳鉄材からなる摩擦圧接方法において、摩擦発熱工程
での摩擦寄り速度を０．００１〜０．２ｍｍ／ｓとし、
球状黒鉛鋳鉄材が中実形状においては、摩擦速度を３．
５〜１０ｍ／ｓ、摩擦寄り速度を０．００１〜０．０５
ｍｍ／ｓとすることで、引張強さ、伸びなどの機械的性
質に優れ、強度部材に適用することができる。
【図１】基本的な摩擦圧接サイクルを示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 一方または双方が球状黒鉛鋳鉄材からな
る摩擦圧接方法において、摩擦発熱工程での摩擦寄り速
度を０．００１〜０．２ｍｍ／ｓとすることを特徴とす
る球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法。 - 【請求項２】 一方または双方が球状黒鉛鋳鉄材からな
る摩擦圧接方法において、前記球状黒鉛鋳鉄材が中実で
あり、摩擦発熱工程での摩擦速度を３．５〜１０ｍ／
ｓ、摩擦寄り速度を０．００１〜０．０５ｍｍ／ｓとす
ることを特徴とする球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法。 - 【請求項３】 アプセット工程でのアプセット圧力を６
０〜１００ＭＰａとすることを特徴とする請求項１乃至
請求項２何れか１項に記載の球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35047796A JP3750002B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35047796A JP3750002B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10193142A true JPH10193142A (ja) | 1998-07-28 |
| JP3750002B2 JP3750002B2 (ja) | 2006-03-01 |
Family
ID=18410766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35047796A Expired - Fee Related JP3750002B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 球状黒鉛鋳鉄材の摩擦圧接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3750002B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109414781A (zh) * | 2016-08-10 | 2019-03-01 | 日锻汽门株式会社 | 摩擦压接方法及摩擦压接装置 |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35047796A patent/JP3750002B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109414781A (zh) * | 2016-08-10 | 2019-03-01 | 日锻汽门株式会社 | 摩擦压接方法及摩擦压接装置 |
| CN109414781B (zh) * | 2016-08-10 | 2021-01-15 | 日锻汽门株式会社 | 摩擦压接方法及摩擦压接装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3750002B2 (ja) | 2006-03-01 |
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