JPWO2019031145A1 - マグネシウム−リチウム系合金の接合方法及び接合体 - Google Patents
マグネシウム−リチウム系合金の接合方法及び接合体 Download PDFInfo
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Abstract
Description
一方の被接合材と他方の被接合材とを摩擦攪拌接合する方法であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム−リチウム系合金であり、
摩擦攪拌接合用ツールとして、超硬合金製ツール、サーメット製ツール、セラミックス製ツール、金属間化合物製ツール及びセラミックス被覆ツールのうちのいずれかを使用し、
前記摩擦攪拌接合用ツールを前記一方の被接合材側に挿入すること、
を特徴とする金属材の摩擦攪拌接合方法、を提供する。
一方の被接合材と他方の被接合材とが攪拌部を介して接合された接合体であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム−リチウム系合金であり、
前記攪拌部に前記マグネシウム−リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする接合体、も提供する。
マグネシウム−リチウム系合金の改質部を含む金属構造体であって、
前記改質部に前記マグネシウム−リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする金属構造体、も提供する。
本発明の金属構造体は、ランダム化したα相の再結晶粒を含む改質部を有していることから、等方的に優れた機械的性質及び塑性加工性を有している。
本発明の金属材の接合方法では、摩擦攪拌接合を用いる。摩擦攪拌接合とは、FSW(Friction Stir Welding)と称され、接合しようとする二つの金属材からなる被接合材それぞれの端部を突き合わせ、回転ツールの先端に設けられた突起部(プローブ)を両者の端部の間に挿入し、これら端部の長手方向に沿って回転ツールを回転させつつ移動させることによって、二つの金属部材を接合する方法である。
図2に、本発明の接合体における接合部近傍の概略断面図を示す。なお、本発明の接合体における接合部の代表的な態様として、図2では突合せ接合部を示している。
図1に示す配置で長さ200mm,幅65mm,厚さ3mmのLZ91マグネシウム合金(9wt%Li−1wt%Zn−Mg Bal.)板同士を突合せ、摩擦攪拌接合によって接合体を得た。摩擦攪拌接合用のツールにはショルダ径15mm,プローブ径6mm,プローブ長2.8mmの超硬合金製ツールを用い、ツール回転速度25〜300rpm,ツール移動速度20〜100mm/min,前進角3°の条件で、ツール位置制御にて摩擦攪拌接合を行った。なお、摩擦攪拌接合中にシールドガスは使用しておらず、ツールのショルダ部底部及びプローブ部側面に溝加工は施していない。
ツールの材質を熱間工具鋼(SKD61)製としたこと以外は実施例1と同様にして、摩擦攪拌接合を行った。
良好な接合体を得るための適切な接合条件を確認するため、接合部(攪拌部)の表面及び断面を光学顕微鏡によって観察した。攪拌部に欠陥が形成している場合は×、欠陥は形成していないが大量のバリや表面の荒れが認められた場合は△、欠陥が形成されず攪拌部の表面状態も滑らかな場合は○とし、実施例の結果を表1に示した。なお、比較例においては全ての条件で欠陥が形成されたため(全ての条件で×の評価)、示していない。
ツール回転速度100rpm,ツール移動速度100mm/minの接合条件に関して、摩擦攪拌接合後のツール表面状態を目視観察した。また、本発明に用いることができるツールとして、窒化ケイ素製ツール、炭化ケイ素製ツール、サイアロン製ツール、サーメット製ツール、工具鋼製本体部の表面にTiAl被膜を形成させたツールに関しても同様の摩擦攪拌接合を行い、当該接合後のツール表面状態を目視観察した。
比較例では全ての接合条件で攪拌部に溝状欠陥が形成されたため、実施例で得られた接合部の断面に対してビッカース硬度測定を行った。なお、ビッカース硬度測定は荷重:0.1kgf、荷重負荷時間:15sの条件で行った。
比較例では全ての接合条件で攪拌部に溝状欠陥が形成されたため、実施例で得られた継手に対して引張特性を評価した。引張試験には、長さ50mm×幅12mm×厚さ2mmの平行部(突合せ面を平行部中心とする)を有する引張試験片を用い、継手の板幅方向を引張軸とした。なお、引張速度は1mm/minとした。
母材及び、実施例のツール移動速度100/min,ツール回転速度30rpmで得られた攪拌部内から、長さ4mm×幅2mm×厚さ2mmの平行部を有する小型の引張試験片をそれぞれ作製し、200℃,3×10−4のひずみ速度条件下での引張変形量を評価した。
攪拌部における結晶粒の粒径及び形状を確認するため、接合部の断面のSEM観察及びEBSD測定を行った。なお、SEM観察及びEBSD測定にはFE−SEM(日本電子株式会社製JSM−7001FA)及びTSL社製のOIM data Collection ver5.31を用いた。
4・・・ツール、
6・・・接合部、
8・・・突起部(プローブ部)、
10・・・本体部(ショルダ部)、
12・・・攪拌部、
20・・・接合体。
Claims (14)
- 一方の被接合材と他方の被接合材とが攪拌部を介して接合された接合体であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム−リチウム系合金であり、
前記攪拌部に前記マグネシウム−リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする接合体。 - 前記攪拌部の外縁に母材よりも軟化した領域が存在しないこと、
を特徴とする請求項1に記載の接合体。 - 前記マグネシウム−リチウム系合金の領域における最低硬度が50HV以上であること、
を特徴とする請求項1又は2に記載の接合体。 - 前記攪拌部の引張強度が前記一方の被接合材の引張強度の1.1倍以上であること、
を特徴とする請求項1〜3のうちのいずれかに記載の接合体。 - 前記他方の被接合材がマグネシウム−リチウム系合金であること、
を特徴とする請求項1〜4のうちのいずれかに記載の接合体。 - 突合せ接合体であること、
を特徴とする請求項1〜5のうちのいずれかに記載の接合体。 - マグネシウム−リチウム系合金の改質部を含む金属構造体であって、
前記改質部に前記マグネシウム−リチウム系合金のα相の再結晶粒を含み、
前記再結晶粒の結晶方位がランダム化していること、
を特徴とする金属構造体。 - 前記再結晶粒の平均粒径が1μm未満であること、
を特徴とする請求項7に記載の金属構造体。 - 一方の被接合材と他方の被接合材とを摩擦攪拌接合する方法であって、
少なくとも前記一方の被接合材がマグネシウム−リチウム系合金であり、
摩擦攪拌接合用ツールとして、超硬合金製ツール、サーメット製ツール、セラミックス製ツール、金属間化合物製ツール及びセラミックス被覆ツールのうちのいずれかを使用し、
前記摩擦攪拌接合用ツールを前記一方の被接合材側に挿入すること、
を特徴とする金属材の摩擦攪拌接合方法。 - 前記他方の被接合材がマグネシウム−リチウム系合金であること、
を特徴とする請求項9に記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。 - 前記摩擦攪拌接合用ツールの表面に溝加工が施されていないこと、
を特徴とする請求項9又は10に記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。 - 前記摩擦攪拌接合用ツールのショルダ部最外周の周速を23.6mm/s〜78.5mm/sとすること、
を特徴とする請求項9〜11のうちのいずれかに記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。 - 前記摩擦攪拌接合用ツールのプローブ部最外周の周速を9.5mm/s〜31.4mm/sとすること、
を特徴とする請求項9〜12のうちのいずれかに記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。 - 突合せ接合であること、
を特徴とする請求項9〜13のうちのいずれかに記載の金属材の摩擦攪拌接合方法。
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