JPS605390B2 - 鉄鋼部材と銅合金部材との拡散溶接による接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鉄鋼部材と銅合金部材とを拡散溶接によっ
て接合する方法に関するものである。

一般に拡散熔接において、接合しようとする金属部材の
組み合わせが金属組織的に好ましくない場合や、前記部
材が十分な接合強度をもつように接合しようとする場合
には、前記部材の接合面に前記部材と拡散しやすいイン
サート材を介在させ、前記部材の接合表面の酸化を防ぐ
ために高真空あるいは高純度不活性ガス雰囲気中で、前
記部村を加熱加圧することによって拡散溶接することが
行なわれている。この場合の前記インサート材は接合し
ようとする部材と良好な接合状態を確保するものでなけ
ればならないが、接合しようとする部材の組み合わせに
よっては、接合が困難となる場合がある。このことは特
に鉄鋼部材と銅合金部材との拡散熔接において顕著に現
われ、例えば鉄鋼部材と銅合金部材との直接拡散援合の
場合には、その接合面を８仏の以下の平滑な表面精度に
しなければならないし、またその接合拡散層に鉄鋼と銅
合金の脆弱な合金層を形成する場合もあるので、前記両
部材の組み合わせは材質的にきわめて限られたものにな
る。例えば、鉄鋼部材と銅合金部材を接合する場合に、
銅合金部材に燐青鋼の如き材料を使用すると、前記鉄鋼
と燐青鋼が反応し、接合面にＦｅ３Ｐの脆弱相が生成さ
れ、その接合部は極めて脆いものとなる。これらの問題
点を解決するために従来前記両部材の接合面間に適当な
インサート材を一層介在させて拡散溶接することも行な
われているが、この場合でも前記両部材とインサート材
との組み合わせには材質的に制限があった。例えば、イ
ンサート材として、低融点金属であるＳｎのみを用いた
場合は、Ｓｎと母材の銅合金との間で合金化が行なわれ
る際に、Ｓｎ濃度の高い合金相が形成されて、Ｃｕ−Ｓ
ｎ合金のＱ＋６相のような脆弱な相が生じ、接合部の機
械的性質を劣化させる。

この発明は、上述のような観点から、鉄鋼部材と黄鋼を
除く銅合金部材とを材質的組み合わせに制限を受けるこ
となく、援合部に脆弱相を生成させずに、良好な接合状
態で拡散溶接するための、鉄鋼部材と銅合金部材との拡
散溶接による接合方法を提供するもので、前記鉄鋼部材
と前記黄錦を除く銅合金部材との間に、前記鉄鋼部材側
に位置する、Ｓｎ、Ｓｎ合金、ＺｎおよびＺｎ合金の何
れか１つからなる低融点金属層と、前記黄銅を除く銅合
金部材側に位置する黄銅層とからなる２層のインサート
材を介在させ、前記両部材の接合面に圧力を加えながら
、前記インサート材としての低融点金属層の熔融点以上
の温度に加熱することによって、固体状態の前記鉄鋼部
材、溶融状態の前記インサート材としての低融点金属層
、固体状態の前記インサート材としての黄銅層、および
、固体状態の前記黄銅を除く銅合金部材の間に、それぞ
れ相互拡散を行なわせ、かくして、前記鉄鋼部材と前記
黄鋼を除く銅合金部材とを接合することに特徴を有する
ものである。

即ち、上記相互拡散により、加熱初期にはインサート材
としての低融点金属層が溶融して鉄鋼部材側接合面、お
よびインサート材としての黄鋼層の低融点合金属層側を
ぬらし、その後、鉄鋼部材およびインサート材としての
黄鋼層が合金化する。

更に合金化が進むと、鉄鋼部材側の鉄鋼部材とインサー
ト材としての低融点金属層と黄鋼層、および、銅合金部
材側の黄銅を除く銅合金部材とインサート材としての黄
銅層が合金化することにより、十分な幅を有する合金層
が形成され、前記合金層により、接合処理過程で鉄鋼部
材と黄銅を除く銅合金部材とが直接接触することはなく
、前記両部材の接合部には脆弱相の形成されない点が、
この発明の特徴である。また、黄銅を除く銅合金部村側
のインサート材として黄鋼を使用したのは、接合部に高
い機械的性質をもたらしめるためであり、この点はこの
発明の他の特徴である。この発明の方法において使用さ
れる、鉄鋼部村側に位置する、Ｓｎ、Ｓｎ合金、Ｚｎお
よびＺｎ合金の何れか１つからなる低融点金属層と、黄
鋼を除く銅合金部材側に位置する黄銅層とからなる２層
のインサート材は、前記部材のそれぞれにメッキ（電気
メッキあるいは溶融浸債メッキ）、溶射、および蒸着な
どの手段を適用することによって形成するか、箔状また
は板状材料の介在、あるいは粉末状材料のハケ塗りまた
は吹き付けによって形成するものとする。この発明の方
法による、２層のインサート材を使用した拡散溶接にお
いて、加熱温度が比較的低い状態では、鉄鋼部材（間相
）−低融点金属層（箇相）−黄鋼層（固相）−黄銅を除
く銅合金部材（固相）の固相拡散となるが、加熱温度が
高くなるにつれて、低融点金属層が溶融して固相−液相
−固相−固相の拡散となるので、前記鉄鋼部材の接合面
を前記溶融状態の低融点金属層が加熱初期段階で完全に
ぬらし、これになじむので前記鉄鋼部材の接合面が粗く
とも何ら問題はない。

したがって加熱温度は黄銅を除く鋼合金部材のクリープ
温度程度の比較的低温度でもよいことになる。また、こ
の発明の方法においては、鉄鋼部材側に介在させるイン
サート材として、Ｓｎ、Ｓｎ合金、ＺｎおよびＺｎ合金
の何れか１つからなる低融点金属を用いているので、黄
銅を除く銅合金部材よりもはるかに酸化に対して鋭敏で
ある鉄鋼部材の接合面は、溶融した前記低融点金属によ
って加熱初期段階で被覆される。従って、これ以後前記
鉄鋼部材の接合面は前記低融点金属によって直接雰囲気
にさらされることがなくなり、この結果一般の拡散溶接
で必要とされるような高真空あるいは高純度不活性ガス
雰囲気とする必要がなく、これら雰囲気より低位の雰囲
気での拡散溶接が可能となる。また鉄鋼部材と黄銅を除
く銅合金部材のもつ融点よりも低い融点をもつ合金層を
、低融点金属層と黄鋼層の２層であるインサート材の合
金化によって前記両部材接合面間に形成するように、前
記インサート材の前記接合面間への挿入量、加熱温度「
および保持時間を適宜選定すると、加熱に際して、まず
インサート材としての前記低融点金属層が溶融して前述
のように固相−液相−固相−固相の拡散が起り、ついで
インサート材としての前記溶融低融点金属層（液相）と
前記黄鋼層（固相）との合金化が起って前記両ィンサー
ト材の中間組成を有する液相合金層が形成されることに
なる。従って、全体としては固相−液相一団相の拡散と
なり、このような拡散においては菱銅を除く銅合金部材
の接合面酸化も防止されると共に、上述の鉄鋼部村の場
合と同様な理由でその表面仕上粗さを一般の拡散溶接の
場合よりも粗くすることができる。さらに前記両部材間
に作用させる圧力は、一般に拡散溶接に適用される圧力
よりもはるかに小さくすることができ、その圧力は、接
合せんとする両部材間のずれを防ぐ程度の微少な圧力（
例えば１０夕／桝程度）で十分である。次に、この発明
の方法を実施例により説明する。

第１図に示されるように、径９７０×厚さ３物の青銅板
（ＪＩＳ・ＢＣ３）１の上に、同一平面形状をもった厚
さ０．１豚のインサート材としての黄鋼板（ＪＩＳ・Ｂ
ｓＰ３一１′４Ｈ）２を置き、さらにその上にそれぞれ
同一平面形状をもった、銅および銅と良好な接合を確保
する厚さ１４仏ののインサート材としての錫箔３を置き
、その上に厚さ２０肌の鋼板（ＪＩＳ・Ｓ３＄）４、お
よび車錘５を置き、前記青銅板１と前記鋼板４の接合面
に２．５夕／孫の圧力が加わるようにセットした。

ついでこのように積み重ね、セットした組み立て体を約
９００ｑ０に昇温したアルゴンガス雰囲気の炉内に装入
し、３時間保持して拡散溶接した。このようにして拡散
溶接した前記青銅板１と前記鋼板４の接合部断面の浸透
深傷試験結果を第２図に示したが、図示されるように接
合面には欠陥がなく、良好な接合がなされていることが
明らかである。

第３図には鋼と青銅板の接合強度を評価するための引張
試験片を採取するためのモデル組み立て体が示されてい
る。

図示されるように径９７？×厚さ３１．５脚の鋼板（Ｊ
ＩＳ・Ｓ３弦）４，４の間に同一平面形状をもった青銅
板（ＪＩＳ・ＢＣ３）１をはさみ、さらにこの発明の方
法にしたがって、前記鋼板４，４の側には厚さ１４山肌
のインサート材としての錫箔３，３を、前記青銅板１の
側には厚さ０．１柵のインサート材としての黄銅板（Ｊ
ＩＳ・母Ｐ３〜１′４Ｈ）２，２をそれぞれ挿入し、重
錘５を置き、前記青銅板１と前記鋼板４，４のそれぞれ
の接合面に前記実施例の場合と同様に２．５の物の圧力
が加わるようにセットした。ついでこのような積み重ね
セットした組み立て体を真空中で約９００ｑｏに加熱し
、２時間保持と３時間保持の場合の２種の接合条件によ
り拡散溶接して本発明方法によるモデル接合体を形成し
た。また、比較の目的で、第３図に示すモデル組み立て
体において、インサート材としての黄鋼板を厚さ３０仏
肌の純錦箔に置換すると共に、厚さ７ムｍのインサート
材としての錫箔を使用する以外は、上記本発明方法によ
るモデル接合体形成の場合と同一の条件で拡散溶接して
、比較モデル接合体を形成した。

このようにして形成された本発明方法によるモデル接合
体および比較モデル接合体より、径１４０柵の引張試験
片をそれぞれ３本採取し、その引張り強さを測定した。

この結果が下表に平均値で示されている。上表からも明
らかなように、本発明方法によるモデル接合体の接合強
度は、比較モデル接合体のそれに比して２時間加熱の場
合に約８．２％、３時間加熱の場合に約５０．２％の向
上がみられ、この接合強度の向上は、黄銅中に含有され
る亜鉛の鉄鋼との相互拡散力が強いという性質によって
前記亜鉛が鉄鋼および銅合金の両接合部材に広く拡散す
ることによるものと考えられる。

上述のように、この発明の方法によって、鉄鋼部材と黄
鋼を除く鋼合金部材とを拡散溶接によって接合すれば、
（１’比較的低温加熱時に鉄鋼部材の接合面は溶融した
インサート材としての低融点金属によって被覆されるの
で、黄鋼を除く鋼合金部材に影響を及ぼさない程度の低
真空雰囲気あるいは通常の非酸化性雰囲気での接合が可
能である。

｛２’接合面間にインサート材として低融点合金と黄銅
とを用いることにより、インサート材として低融点合金
と純銅を用いる場合よりも接合部の強度は高くなり、よ
り可酷な条件下での使用に耐えうる。

などの工業上有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法の実施例として示した組み立
て体の概略正面図ト第２図は、この発明の方法によって
拡散接合した青銅板と鋼板の接合部の浸透探傷試験写真
、第３図は、引張試験片を採取するためのモデル組み立
て体の概略正面図である。 図面において、１・・・…青銅板、２・・…・インサー
ト材としての黄銅板、３・・・・・・インサート材とし
ての錫箔、４・・・・・・鋼板、５・・・…童錘。 第１図鞘潟園 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鉄鋼部材と銅合金部材とを、拡散溶接によって接合
   する方法において、前記鉄鋼部材と、黄銅を除く銅合金
   部材との間に、前記鉄鋼部材側に位置する、Ｓｎ、Ｓｎ
   合金、Ｚｎ、Ｚｎ合金の何れか１つからなる低融点金属
   層と、前記黄銅を除く銅合金部材側に位置する黄銅層と
   からなる２層のインサート材を介在させ、前記両部材の
   接合面に圧力を加えながら、前記インサート材としての
   低融点金属層の溶融点以上の温度に加熱することによっ
   て、固体状態の前記鉄鋼部材、溶融状態の前記インサー
   ト材としての低融点金属層、固体状態の前記インサート
   材としての黄銅層、および、固体状態の前記黄銅を除く
   銅合金部材の間に、それぞれ相互拡散を行なわせ、かく
   して、前記鉄鋼部材と、前記黄銅を除く銅合金部材とを
   接合することを特徴とする、鉄鋼部材と銅合金部材との
   拡散溶接による接合方法。