KR20140019422A

KR20140019422A - 마찰 교반 가공용 툴 및 이것을 사용한 마찰 교반 가공 방법

Info

Publication number: KR20140019422A
Application number: KR1020137028466A
Authority: KR
Inventors: 타카유키 타카스기; 야스유키 카네노; 사치오 오키; 토모타케 히라타; 노보루 모치즈키
Original assignee: 아이세루 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-02-14
Also published as: EP2692471B1; EP2692471A1; CN103492116A; JP5998325B2; JPWO2012133412A1; WO2012133412A1; CN103492116B; US20140027498A1; JP2014014822A; US8857695B2; EP2692471A4

Abstract

고온에서도 더한층의 우수한 경도를 발현시킴으로써 툴 마모가 적게 억제되어 툴 수명이 향상되는 마찰 교반 가공용 툴 및 이것을 사용한 마찰 교반 가공 방법을 제공한다. 마찰 교반 가공용 툴은 Re가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어진다. 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 그 조성의 전체 성분을 포함하는 용탕을 서냉하여 주조함으로써 형성되어 있는 것이 바람직하고, 또한 주조 후에 열처리되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 마찰 교반 가공 방법은 상기 마찰 교반 가공용 툴을 회전시키면서 피가공재에 대하여 눌러서 발생하는 마찰열에 의해 피가공재를 연화시켜 가공한다.

Description

마찰 교반 가공용 툴 및 이것을 사용한 마찰 교반 가공 방법{TOOL FOR FRICTION STIR PROCESSING AND METHOD FOR FRICTION STIR PROCESSING USING SAME}

본 발명은 철 또는 철합금 등의 금속재료의 피가공재를 장기에 걸쳐 마찰 교반 가공할 수 있는 마찰 교반 가공용 툴 및 그것을 사용한 마찰 교반 가공 방법에 관한 것이다.

알루미늄 합금판 등의 피가공재 끼리를 접합할 때, 이 피가공재의 접합면을 서로 맞댄 맞댐부의 일단에, 고속회전하는 봉 형상의 공구(직경이 큰 숄더부와 그 선단에 돌출설치하는 프로브를 갖는 툴)의 프로브를 눌러 삽입하고, 이 툴을 고속회전시키면서 맞댐부를 따라 타단으로 이동시키고, 그 때에 발생하는 마찰열에 의해 맞댐부를 연화시켜 접합하는 접합방법은 마찰 교반 접합(FSW: Friction Stir Welding)이라고 부르고 있는 기술이다.

상기 마찰 교반 접합에 의하면, 툴과 피가공재와의 마찰열을 이용하여 접합하므로, 최고 도달온도가 융점에 달하지 않아 고상 상태에서 접합하기 때문에, 아크용접 등의 용융 용접에 비해, 접합부의 강도 저하가 작아, 기공이나 깨짐 등의 접합 결함이 없고, 접합면도 평탄한 등의 이점이 있다.

또한 알루미늄 합금판 등의 피가공재의 표면에, 상기한 바와 같은 고속회전하는 툴의 프로브를 강한 힘으로 눌러 삽입하고, 이 툴을 고속회전시키면서 이동시키고, 그 때에 발생하는 마찰열에 의해 툴의 숄더부 및 프로브 근방의 피가공재를 연화시킴으로써, 피가공재의 일정한 깊이까지의 결정립 직경을 작게 하여 강도 및 경도 등을 향상시키는 개질 방법은 마찰 교반 프로세스(FSP: Friction Stir Processing)라고 불리고 있다. 또한 툴을 피가공재에 누르지만 횡이동시키지 않고 일정 시간 후에 그대로 뽑는다고 하는 점접합 방법은 마찰 점접합(FSJ: Friction Spot Joining)이라고 불리고 있다. 이들 FSW, FSP, FSJ 등과 같이, 회전하는 툴을 강한 힘으로 피가공재에 누르고, 발생하는 마찰열에 의해 피가공재를 가공하는 것을 마찰 교반 가공이라고 칭한다.

이 마찰 교반 가공에 있어서, 피가공재로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하는 경우의 툴에는 SKD강 등의 강제 툴이 사용되고 있다. 그러나, 피가공재에 철 또는 철 합금을 사용하는 경우, SKD강 등의 강제 툴은 곧 감모 등에 의해 변형되어, 접합을 할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한 세라믹제 툴은 고가이고 부러지기 쉽다고 하는 문제가 있어, 특히 피가공재가 스테인리스인 경우에는 마모되기 쉽다. 또한 마찰 교반 가공에 의해 툴이 마모되었을 때에 세라믹스제의 툴 재료의 미세편이 철계의 피가공재, 예를 들면, 스테인리스 중에 분산되면, 기계적 특성, 내부식성에 문제가 생길 우려가 있다.

그런데, 마찰 교반 가공용 툴로서 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금제의 것이 제안되었다(예를 들면, 특허문헌 1). 이 툴의 재질의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Ni₃Al-Ni₃Nb-Ni₃V계 금속간 화합물 합금, 또는, Ni₃Al-Ni₃Ti-Ni₃V계 금속간 화합물 합금으로 이루어진다. 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Ni₃X형의 금속간 화합물을 조합시킨 복상 합금이며, 단일 금속간 화합물상으로 구성된 합금보다도 우수한 경도를 갖는다. 따라서, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금제의 마찰 교반 가공용 툴에 의하면, 가공시의 마찰열에 의해 툴 측면이 오렌지색으로 발광할수록 고온(800℃ 이상)으로 되어도 필요한 경도를 갖기 때문에, 특히 철 또는 철 합금 등의 피가공재와 같은 가공온도가 고온으로 되는 마찰 교반 가공에 적합하다.

일본 특개 2009-255170호 공보

(발명의 개요)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

상기 Ni기(基) 2중(重) 복상(複相) 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴은 고온에서도 높은 경도를 나타내지만, 장기에 걸쳐 사용을 계속한 경우에 툴 마모가 진행되면, 그 툴에서는 마찰 교반 가공을 양호하게 행할 수 없게 되어 그 이상 사용할 수 없게 된다. 그 때문에 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴에 있어서, 고온에서의 사용을 계속한 경우에도 툴 마모를 적게 억제하여 툴 수명을 보다 길게 할 수 있도록 그 특성의 더한층의 개선, 즉 더한층의 고경도를 실현하는 것이 요망된다.

본 발명은 이상의 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴에 있어서, 고온에서도 더한층의 우수한 경도를 발현시킴으로써 툴 마모가 적게 억제되어 툴 수명이 향상되는 마찰 교반 가공용 툴 및 이것을 사용한 마찰 교반 가공 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 종래는 마찰 교반 가공용 툴 재질의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 Ni₃X형 금속간 화합물의 X 원소를 치환하는 원소(예를 들면, Ta, Nb, Ti 등)를 함유시키고 있었던 것에 대해, 본 발명자들은 Ni₃X형 금속간 화합물의 X 원소가 아니고 Ni 원소를 치환하는 원소를 함유시키는 것을 발안한 것에 의해 달성할 수 있었다.

즉, 본 발명에 따른 마찰 교반 가공용 툴은 Re가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어진다.

상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 5∼12원자%, V: 11∼17원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자% 조성의 합계 중량에 대하여 10∼1000중량ppm의 B를 포함하고, 초석(初析)(L1₂)상과 (L1₂+D0₂₂) 공석(共析)조직의 2중 복상 조직을 갖는 것이다.

구체적으로, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 8∼12원자%, V: 13∼17원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자%의 조성의 합계 중량에 대하여 10∼1000중량ppm의 B를 포함하는 조성을 갖거나, 또는, Ni를 주성분으로 하고, Al: 5∼9원자%, V: 11∼15원자%, Ta: 3∼7원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자%의 조성의 합계 중량에 대하여 10∼1000중량ppm의 B를 포함하는 조성을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 마찰 교반 가공용 툴은 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 그 조성의 전체 성분(全成分)을 포함하는 용탕을 서냉하여 주조함으로써 형성되고 있다. 이 경우, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 주조 후에 열처리(1230∼1330℃에서의 열처리 또는/및 800∼1000℃에서의 열처리)를 행함으로써 형성되고 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 다른 국면으로서 상기 마찰 교반 가공용 툴을 회전시키면서 피가공재에 대하여 밀어붙여서 발생하는 마찰열에 의해 피가공재를 연화(軟化)시켜 가공하는 마찰 교반 가공 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 마찰 교반 가공용 툴은 Re가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지므로, 더한층의 고경도가 발현되어 내감모성이 향상되고, 장기의 마찰 교반 가공에도 견딜 수 있다. 또한 상기 합금 소재에 열처리를 행함으로써, 고경도를 확실하게 발현시킬 수 있다. 따라서, 철 또는 철 합금 등의 가공온도가 고온이 되는 피가공재에 대해서도 장기에 걸쳐 양호하게 마찰 교반 가공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 의한 마찰 교반 가공용 툴을 도시하는 도면으로, 동 도면 (a)는 툴의 사시도이며, 동 도면 (b)는 그 측면도이다.
도 2는 마찰 교반 접합 방법의 개략을 도시하는 모식도이다.
도 3은 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 조직을 설명하기 위한 SEM 사진, TEM 사진 및 모식도이다.
도 4는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 조직을 구성하는 결정구조의 모식도이다.
도 5는 No.1, No.2, No.3의 시료에 있어서, 용체화 열처리만(0h), 및 용체화 열처리에 더하여 950℃의 시효 열처리(하부 복상 열처리)를 각각 2시간(2h), 24시간(24h) 시행했을 때의 조직 변화를 나타내는 SEM 사진이다.
도 6은 No.2의 시료에 있어서, 용체화 열처리 및 950℃의 시효 열처리(하부 복상 열처리)를 2시간 시행했을 때 석출한 침상 입자의 TEM-EDS 해석결과를 나타내는 TEM 사진 및 EDS 검출의 프로필이다.
도 7은 도 6에서 TEM-EDS 해석한 침상 입자의 원소비율을 나타내는 표이다.
도 8은 No.1, No.2, No.3, No.4의 시료에 있어서, 시효 열처리(하부 복상 열처리)의 시간과 비커스 경도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 실시예에 있어서, 12회째 조작의 마찰 교반 접합에 의해 얻어진 평판재(시험 No.1)의 접합부를 표면측에서 촬영한 사진이다.
도 10은 본 실시예에 있어서, 17회째 조작의 마찰 교반 접합에 의해 얻어진 평판재(시험 No.2)의 접합부를 표면측에서 촬영한 사진이다.
도 11은 본 실시예에 있어서, 43회째 조작의 마찰 교반 접합에 의해 얻어진 평판재(시험 No.3)의 접합부를 표면측에서 촬영한 사진이다.
도 12는 본 실시예에 있어서, 49회째 조작의 마찰 교반 접합에 의해 얻어진 평판재(시험 No.4)의 접합부를 표면측에서 촬영한 사진이다.
도 13은 본 실시예에 있어서, 59회째 조작의 마찰 교반 접합에 의해 얻어진 평판재(시험 No.5)의 접합부를 표면측에서 촬영한 사진이다.
도 14는 본 실시예에 있어서, 76회째 조작의 마찰 교반 접합에 의해 얻어진 평판재(시험 No.6)의 접합부를 표면측에서 촬영한 사진이다.
도 15는 본 실시예에 있어서, 80회째 조작의 마찰 교반 접합에 의해 얻어진 평판재(시험 No.7)의 접합부를 표면측에서 촬영한 사진이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 실시형태의 마찰 교반 가공용 툴(이하, 적당하게 「툴」이라고 부른다.)은 금속재료의 피가공재에 대하여 회전시키면서 눌러서 발생하는 마찰열에 의해 피가공재를 연화시켜 가공하기 위한 공구이다. 이 툴은 배경기술에서 기술한 마찰 교반 접합(FSW), 마찰 교반 프로세스(FSP), 마찰 점접합(FSJ) 등을 포함하는 마찰 교반 가공 전반에 사용된다. 또한, 본 명세서에서, 「∼」는 양단의 값을 포함한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 마찰 교반 가공용 툴(1)은 원기둥 형상의 숄더부(11)와, 숄더부(11)보다 큰 직경이고 측면에 커트면(12)이 형성된 원기둥 형상의 부착부(13)를 갖는다. 마찰 교반 가공용 툴(1)의 부착부(13)를 마찰 교반 가공 장치의 툴 홀더 등에 장전하고 볼트를 부착부(13)의 커트면(12)에 닿도록 죔으로써, 마찰 교반 가공용 툴(1)이 착탈 자유롭게 부착된다. 숄더부(11)의 선단면은 평면 형상의 숄더면(2)과, 숄더면(2)의 중심부에 돌출설치된 구면 형상의 프로브(3)를 갖는다. 그리고, 툴(1)은, 피가공재를 마찰 교반 가공할 때, 회전하면서 숄더면(2) 및 프로브(3)를 피가공재에 눌러서 마찰열을 발생시키도록 한다. 또한, 툴(1)의 형상은, 도 1의 것에 한하지 않고, 숄더부(11)와 부착부(13) 사이에 플랜지를 형성한 것이어도 되고, 부착부(13)는 다각형 형상이어도 된다. 또한 숄더면(2)도, 평면 형상에 한하지 않고, 프로브(3)를 중심으로 하여 약간 볼록 또는 약간 오목하게 된 곡면 형상으로 형성되어도 된다. 또한, 프로브(3)는, 구면 형상에 한하지 않고, 원기둥 형상, 원뿔대 형상 등이어도 되고, 또한 나사가 깎여 있어도 된다.

상기 마찰 교반 가공용 툴(1)의 사이즈는, 예를 들면, 판 두께 1.5mm 이하의 피가공재의 경우, 숄더 직경(숄더면(2)의 직경)은 8∼14mm 정도로 설정된다. 프로브 직경(프로브(3)의 가장 굵은 부분의 직경)은, 3∼6mm 정도로 설정되고, 프로브(3)의 길이(숄더면(2)으로부터의 돌출 높이)는, 피가공재의 판 두께에 따라서도 다르지만, 프로브(3)의 선단이 피가공재를 관통하여 돌출하지 않을 정도로 피가공재에 깊게 삽입되는 길이로 설정되고, 예를 들면, 피가공재의 판 두께로부터 0.1∼0.2mm 정도 짧은 길이로 설정된다.

상기 툴(1)은 정반축(X)과 횡행축(Y)과 승강축(Z)의 기계 3축으로 이루어지는 공지의 마찰 교반 접합 장치에 부착되어 사용된다. 또한 3차원 곡면을 갖는 피가공재의 가공에서는 정반축(X)과 횡행축(Y)과 승강축(Z)의 기계 3축 및 요동축과 선회축의 툴 2축으로 이루어지는 공지의 5축 프레임형의 마찰 교반 접합 장치에 부착되어 사용된다. 또한 3개의 관절축과 2개의 회전축을 구비한 공지의 로봇암의 선단에 탑재된 머신 헤드에 부착해서도 사용된다.

다음에 상기 마찰 교반 가공용 툴(1)을 사용한 마찰 교반 가공 방법의 일례로서, 마찰 교반 접합을 행하는 경우에는, 예를 들면, 이하와 같이 실시된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 피가공재로서 2매의 판 형상체(6a, 6b)를 접합할 때, 정반(4)에 배치한 뒷댐재(5)의 위에, 판 형상체(6a, 6b)의 맞댐부(7)가 위치하도록 재치하고 고정한다. 여기에서, 뒷댐재(5)는 마찰 교반 접합에 의한 이면으로부터의 오염 등을 막기 위하여 사용되고, 내열성, 불연성, 강도, 비오염성, 표면 평활성 등을 갖는 것이 바람직하고, 고융점 금속, 세라믹스, 질화규소 등의 재질로 이루어지는 판, 성형물, 박 등이 사용된다.

그리고, 이 판 형상체(6a, 6b)의 맞댐부(7)의 일단에, 고속회전시킨 마찰 교반 가공용 툴(1)의 프로브(3)를 압입하고 툴(1)의 숄더면(2)과 판 형상체(6a, 6b)의 표면을 접촉(접촉면적으로 70% 이상)시키도록 누른다. 이것에 의해, 고속회전하는 프로브(3) 및 숄더면(2)과의 마찰에 의해 판 형상체(6a, 6b)의 맞댐부(7)의 근방이 가열되어 연화된다. 그리고, 이 회전하고 있는 마찰 교반 가공용 툴(1)을 판 형상체(6a, 6b)의 맞댐부(7)를 따라 타단측을 향하여 이동시킨다. 이것에 의해, 판 형상체(6a, 6b)의 맞댐부(7)를 포함하는 부분이 연속적으로 마찰 발열하여 연화됨과 아울러 교반되어, 판 형상체(6a, 6b)의 맞댐부(7)가 마찰 접합된다.

상기 마찰 교반 접합의 접합 조건은, 예를 들면, 피가공재로서 철 또는 철 합금을 고품질로 가공하기 위해서는, 툴(1)의 이송 속도가 900∼1400mm/분에 설정되는 것이 바람직하다. 또한 툴(1)의 회전수는 툴(1)이 철 또는 철 합금의 피가공재에 압접되었을 때에 마찰열에 의해 약 800∼약 1000℃ 정도로 발열하는 회전수로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 600∼900rpm으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한 툴(1)의 전진각(툴의 선단부를 이동방향측으로 기울였을 때의 수직선에 대한 경사)은 2∼5°의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

그런데, 상기 마찰 교반 가공용 툴(1)의 재질은 Re가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어진다. 이 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Ni, V, Al, Ta(Ta는 임의 성분), B 및 Re로 이루어지고(불가피적 불순물을 포함함), 초석 L1₂상과 (L1₂+D0₂₂) 공석 조직과의 2중 복상 조직을 갖는다.

여기에서, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 조직에 대하여 설명한다.

도 3은 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 조직을 나타내고, 도 3(a)는 그 조직의 SEM 사진(좌측)과 TEM 사진(우측)이며, 도 3(b)는 그 조직의 모식도이다. 도 4는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 조직을 구성하는 상의 결정구조의 모식도를 나타내고, 도 4(a)는 Ni₃Al(L1₂)상이며, 도 4(b)는 Ni₃V(D0₂₂)상이다.

상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 조직은 정합성 좋게 형성된 입방체 형상의 마이크로 조직과, 그 사이에 형성된 나노 조직으로 구성되고, 전자의 마이크로 조직이 입방체 형상의 초석 L1₂상(Ni₃Al)과 그 간극인 채널부로 구성되고, 후자의 나노 조직은 채널부에서 형성되고, L1₂상과 D0₂₂상(Ni₃Al 및 Ni₃V)으로 이루어지는 공석 조직으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 공석온도보다도 높은 온도의 열처리에서, A1상(Ni 고용체상)에 초석 L1₂상이 석출한 상부 복상 조직이 형성되고, 그 후의 공석온도 이하의 열처리에서, A1상이 L1₂상과 D0₂₂상의 2상으로 공석변태(분해)하여 하부 복상 조직이 형성되고 있다. 여기에서, 공석온도보다도 높은 온도란 초석 L1₂상과 A1상이 공존하는 온도이며, 공석온도란 A1상이 L1₂상과 D0₂₂상으로 변태(분해)하는 온도의 상한값이다. 이렇게 하여, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 우수한 특성을 나타내는 Ni₃X형 금속간 화합물이 복상화되어 형성되고 있다.

Re는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에 있어서의 상기 Ni₃X형 금속간 화합물의 Ni 원소를 치환하는 원소로서 함유된다. 즉, Ni, Al, V를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에 Re를 함유시킴으로써, 미세한 2중 복상 조직을 갖는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 얻어져, 이 합금의 경도가 향상된다. 또한 Ni, Al, V에 더하여 Ta를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에, Re를 함유시킴으로써, 이 합금의 경도가 더욱 향상된다.

또한, B는 입계 균열을 억제함으로써, 얻어지는 합금의 연성 향상을 위해 첨가된다.

또한 Re를 함유하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에 열처리를 행함으로써 2중 복상 조직을 유지한 채, 이 합금의 경도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이것으로, 열처리전의 상기 합금 소재가 툴 형상로 가공(예를 들면, 절삭 가공)하기 쉬운 상태에 있어, 툴 형상에 가공한 후, 열처리에 의해 경도를 향상시킬 수 있고, 따라서, 상기 Re 첨가의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에 의해, 가공성(예를 들면, 절삭 가공성)이 우수하고, 또한 고경밀도의 마찰 교반 가공용 툴(1)이 얻어진다.

상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은, 예를 들면, 이하의 제조방법으로 제조할 수 있다.

우선, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물을 구성하는 각 원소가 상기한 비율이 되도록 금속 지금(地金)을 칭량하고, 이것을 가열하여 용해시킨다. 다음에 이 용탕을 냉각함으로써 주조한다. 이 주조에 있어서의 용탕의 냉각은, 예를 들면, 서냉에 의해 행한다. 서냉을 행하면, 용탕이 응고한 후에 초석 L1₂상과 A1상이 공석온도에 비교적 긴 시간 노출되게 되고, 또한, 그 후, A1상이 L1₂상과 D0₂₂상으로 분리되는 공석온도 이하의 온도에도 긴 시간 노출된다. 이 때문에, 초석 L1₂상과 A1상으로 이루어지는 상부 복상 조직이 형성되고, A1상이 더 분해하여, L1₂상과 D0₂₂상으로 이루어지는 하부 복상 조직이 형성된다. 이 서냉은, 예를 들면, 노냉에 의해 행한다. 즉, 상기 재료를 가열하여 용해시키고, 가열 후, 그 노에 용탕을 그대로 방치한다.

또한 상기 조직을 갖는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 주조 후 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 여기에서, 열처리에는 균질화 열처리, 용체화 열처리, 시효 열처리, 제 1 열처리, 제 2 열처리 등이 예시된다.

예를 들면, 주조 후, 용체화 열처리(A1 단상화의 용체화 열처리)를 행한다. 용체화 열처리는 1230∼1330℃에서 행한다. 구체적으로는, 1280℃의 온도에서, 5시간 정도의 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 용체화 열처리의 전에 다른 공정으로서 균질화 열처리를 행해도 되고, 용체화 열처리가 균질화 열처리를 겸하고 있어도 된다. 또한 용체화 열처리 후에 냉각을 행하지만, 이 냉각은 공냉 등의 자연냉각, 수냉 등의 강제냉각, 어떤 것이어도 되고, 예를 들면, 노냉에 의한 냉각이어도 된다. 이 용체화 열처리에 의해 V원소 등이 Ni 중에 고용되어 A1상(Ni 고용체상)이 형성되고, 그 후의 냉각으로 A1상 중에 L1₂상이 석출되고, 또한, A1상이 L1₂상과 D0₂₂상으로 분해되고 다시 2중 복상 조직(초석 L1₂상과 (L1₂+D0₂₂) 공석 조직의 조직)이 형성된다. 이 때문에, 미세하고 또한 균일한 2중 복상 조직을 구비하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 제공된다.

또한 용해·응고에 의해 얻어진 합금재(주괴 등)에 대하여, 초석 L1₂상과 A1상이 공존하는 온도에서 제 1 열처리를 행하고(상부 복상 조직의 형성), 그 후에 L1₂상과 D0₂₂상이 공존하는 온도로 냉각(공냉이나 노냉과 같은 자연냉각 또는 수냉 등의 강제냉각)하거나, L1₂상과 D0₂₂상이 공존하는 온도에서 제 2 열처리를 행함으로써 A1상을 (L1₂+D0₂₂) 공석 조직으로 변화(하부 복상 조직의 형성)시켜도 된다. 여기에서, 제 1 열처리는, 예를 들면, 1230∼1330℃의 온도에서 행하고, 구체적으로는, 1280℃의 온도에서, 5∼200시간 정도의 열처리를 행한다. 또한 제 2 열처리는, 예를 들면, 800∼1000℃의 온도에서 행하고, 구체적으로는, 930℃의 온도에서, 5∼200시간 정도 행한다. 또한, 상기 용체화 열처리가 상기 제 1 열처리를 겸해도 된다.

또한 상기 용체화 열처리 후에, 시효 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 시효 열처리는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 초석 L1₂상의 간극에 형성된 A1상을 변태(분해)하여, L1₂상과 D0₂₂상을 형성하기 위하여 실시하는 것이므로, 상기 제 2 열처리와 동일한 온도범위에서 열처리함으로써 실시할 수 있다. 즉, L1₂상과 D0₂₂상이 형성되는 것을 촉진하기 위해서, 시효 열처리는 800∼1000℃의 온도, 바람직하게는 825∼1000℃(850±25℃ 또는 975±25℃)의 온도에서, 0.5∼24시간 정도 행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 시효 열처리는, 주조 후에 행해도 되고, 또한 상기 제1 혹은 (및) 제 2 열처리 후에 행해도 된다. 또한 본 명세서에서, 시효 열처리를 하부 복상 열처리(하부 복상 조직을 형성시키는 열처리)라고도 한다.

그리고, 마찰 교반 가공용 툴(1)을 형성하는 Re 첨가의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물로서, 예를 들면, Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 5∼12원자%, V: 11∼17원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자%의 조성의 합계 중량에 대하여, 10∼1000중량ppm의 B를 포함함과 아울러, 초석 L1₂상과 (L1₂+D0₂₂) 공석 조직과의 2중 복상 조직을 갖는 것을 들 수 있다.

구체적으로는 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 8∼12원자%, V: 13∼17원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자%의 조성의 합계 중량이 대하여 10∼1000중량ppm의 B, 및 불가피적 불순물을 포함하는 조성으로 이루어지고, 초석 L1₂상과 (L1₂+D0₂₂) 공석 조직과의 2중 복상 조직을 갖는 것을 들 수 있다.

이 Re를 포함하는 상기 조성의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 미세한 2중 복상 조직이 형성되어 현저한 경도를 발현시키므로, 이 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴(1)은 경도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한 상기 조성의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물은, 용체화 열처리 후에 시효 열처리(예를 들면, 800∼1000℃의 열처리)를 행함으로써, 경도가 더욱 현저하게 향상된다. 이 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은, 상기 열처리의 온도에서 현저한 경도를 나타내므로, 고온(예를 들면, 상기 시효 열처리의 온도)에서의 사용에도 적합한 마찰 교반 가공용 툴(1)이 얻어진다. 또한, 상기의 Re 첨가의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은, 예를 들면, 900℃의 온도에서, 5∼10시간의 시효 열처리를 행한 경우, 약 660HV를 초과하는 비커스 경도를 실현할 수 있는 것을 확인했다(후기의 표 2의 시료 No.1 참조).

또한 마찰 교반 가공용 툴을 형성하는, Re 첨가의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에는 Ta를 더 포함해도 된다. 이 경우의 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 5∼9원자%, V: 11∼15원자%, Ta: 3∼7원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자%의 조성의 합계 중량에 대하여 10∼1000중량ppm의 B, 및 불가피적 불순물을 포함하는 조성으로 이루어지고, 초석 L1₂상과 (L1₂+D0₂₂) 공석 조직과의 2중 복상 조직을 갖는 것을 들 수 있다.

이 Ta, Re를 포함하는 상기 조성의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물은 용체화 열처리 후에 시효 열처리(예를 들면, 800∼1000℃의 열처리)를 행함으로써 경도를 현저하게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 시효 열처리 전의 용체화 열처리 후의 것이어도 우수한 경도를 가지므로, 이 Ta, Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴(1)은 경도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한 이 Ta, Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금도 열처리에 의해 미세한 2중 복상 조직을 유지한 채로 경도를 현저하게 향상시킬 수 있으므로, 고온(예를 들면, 상기 시효 열처리의 온도)에서의 사용에도 적합한 마찰 교반 가공용 툴(1)이 얻어진다. 또한, 상기의 Ta, Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은, 예를 들면, 900∼950℃의 온도에서, 2∼24시간의 시효 열처리를 행한 경우, 약 780HV를 초과하는 비커스 경도를 실현할 수 있는 것을 확인했다(후기의 표 2 및 표 3의 시료 No.2 참조).

이상과 같이, 이 실시형태에 의하면, 마찰 교반 가공용 툴(1)을 형성하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물은 Re가 첨가됨으로써 미세한 2중 복상 조직을 형성하여 경도가 현저하게 향상된다. 이것으로, 마찰 교반 가공용 툴(1)에 있어서, 마찰 교반 가공 중의 고온에서도 더욱 우수한 경도를 발현하여, 마찰 교반 가공에 의한 툴 마모가 적게 억제되어 툴 수명이 향상된다. 따라서, 철 또는 철 합금 등의 가공온도가 고온으로 되는 피가공재에 대해서도, 장기의 마찰 교반 가공에 툴(1)이 견딜 수 있어, 장기에 걸쳐 고품질로 마찰 교반 가공할 수 있다. 또한 툴 교환 빈도가 적어도 되므로, 가공 비용을 저렴하게 할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 말하는 철 합금이란 철을 주성분으로 하고 다른 원소를 하나 혹은 복수 포함하는 합금을 말한다. 예를 들면, 탄소강, 스테인리스 등을 들 수 있다.

(실시예)

이하에, 실시예를 들어 본 발명을 설명한다.

<참고예>

우선, 툴의 재질로서 사용하는 Re 첨가의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에 대하여, 고경도가 발현되는 것을 실증하기 위해, 합금 시료를 제작하고 그 경도를 조사했다.

(합금 시료의 제작)

우선, 표 1에 나타내는 비율의 Ni, Al, V, Ta, Re의 지금(각각 순도 99.9중량%) 및 B를 아크 용해로 내의 주형 속에서 용해, 응고함으로써 주조재(30∼50mmφ의 소형 버튼 형상의 합금)를 제작했다. 이어서, 제작된 주조재로부터 시험편(약 10mm×5mm×1mm)을 잘라내고, 얻어진 시험편에 대하여, 용체화 열처리로서 1280℃×5시간의 열처리를 시행하고, 그 후 노냉했다. 또한, 용체화 열처리된 시험편 중 일부에 대하여, 하부 복상 열처리(시효 열처리)로서 900℃의 온도에서 5, 10, 24시간의 각 조건에서의 열처리와, 950℃의 온도에서 2, 5, 10, 24시간의 각 조건에서의 열처리를 각각 행하고, 물 담금질을 행했다.

(조직 관찰)

No.1(Re 함유), No.2(Re, Ta 함유) 중 어느 시료도, 용체화 열처리한 후의 것 및 용체화 열처리하고 하부 복상 열처리한 후의 것에 대하여, SEM에 의한 조직 관찰을 행한 바, 모두 2중 복상 조직에 있어서의 입방체 형상의 조직은, Re를 포함하지 않는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금(Ni₇₅Al₈V₁₄ _.5Nb₂ _.5)의 2중 복상 조직과 비교하여, 몇 분의 1의 크기이며, 초미세한 2중 복상 조직으로 형성되어 있었다. 이 결과로부터, 2중 복상 조직의 크기에 Re가 관여하고, Re가 첨가됨으로써, 2중 복상 조직이 유지됨과 아울러 미세한 2중 복상 조직이 형성되는 것을 알 수 있었다.

도 5는 No.1(Re 함유), No.2(Re, Ta 함유), No.3(Ta 함유)의 각 시료의 SEM 사진을 나타내며, 각 시료에 대하여, 용체화 열처리만(0h), 용체화 열처리에 더하여 950℃의 시효 열처리(하부 복상 열처리)를 2시간 행한 것(2h), 24시간 행한 것(24h)을 나타낸다. 도 5로부터, Re가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금인 No.1 및 No.2의 시료에서는, 시효 열처리에 의해 채널부에 미세한 침상 입자(제2상 입자)가 석출했지만(도 5 중, No.1 및 No.2의 2h, 24h를 참조), Ta가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금인 No.3의 시료에서는 이러한 침상 입자의 석출은 보이지 않는다(도 5 중, No.3의 2h, 24h를 참조). 여기에서, 상기 채널부는 입방체 형상의 초석 L1₂상의 간극의 부분이다.

이어서, 상기 침상 입자에 대하여 TEM-EDS 해석을 행했다. No.2(Re, Ta 함유)의 시료(용체화 열처리 후에 시효 열처리를 2시간 행한 것)에 대하여, 도 6(a)의 TEM에 의해 「point」로 특정한 침상 입자의 EDS 해석을 행했다. 도 6(b)는 이 TEM-EDS 해석에 의한 원소분석의 프로필을 나타낸다. 도 7은 TEM-EDS 해석한 침상 입자의 원소의 비율을 나타낸다. 도 7로부터, 이 침상 입자는 Re가 53.5원자%나 가져, Re 풍부한 조성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

(비커스 경도 시험)

No.1(Re 함유), No.2(Re, Ta 함유), No.3(Ta 함유), No.4(Re, Ta를 포함하지 않고 : base재)의 각 시료에 대하여, 비커스 경도를 측정했다. 또한, 비커스 경도는, 주로 하중 1000g(1kg), 유지시간 20초로 측정하고, 그 측정은 실온(약 25℃)에서 행했다. 표 2 및 표 3에 그 측정결과를 나타낸다. 도 8은 표 3의 측정결과를 그래프화한 것이다.

Re가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금인 No.1(Re 함유), No.2(Re, Ta 함유)의 어느 시료도, 수 시간의 하부 복상 열처리로 비커스 경도의 값이 현저하게 상승했다. 예를 들면, 표 2로부터, 5시간, 900℃의 하부 복상 열처리에 의해, 비커스 경도의 값은 No.1의 시료에서는 약 130HV나 상승하고, No.2의 시료에서는 약 140HV나 상승했다. 또한 표 2, 표 3으로부터, No.2의 시료는 용체화 열처리만 시행한 경우에도 660HV라고 하는 높은 값을 나타내고, 또한 하부 복상 열처리를 900℃, 950℃의 온도에서나 행함으로써, 780HV를 넘는 경도를 나타내게 되었다(2∼5시간의 하부 복상 열처리에서는 797HV 이상이었다.).

또한, No.2의 합금의 주조 후 시료(세라믹 몰드법으로 주조할 때에 서냉함으로써, 초석 L1₂상과 A1상이 공존하는 온도 및 A1상이 L1₂상과 D0₂₂상으로 분리되는 공석온도 이하의 온도에 긴 시간 노출됨으로써 용체화 열처리를 생략한 시료)에 대하여, 비커스 경도를 측정한 바, 662HV라고 하는 높은 값을 나타내는 것도 확인했다.

표 3 및 도 8로부터, Re, Ta를 포함하지 않는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금인 No.4의 시료(base재)에서는, 비커스 경도는 시효 열처리를 행해도 용체화 열처리만일 때와 거의 변화되지 않고, 또한 Ta 함유의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금인 No.3(Ta 함유)의 시료에서는, Ta 고용강화에 의해 No.4(base재)에 비교하여 비커스 경도가 향상되지만, 시효 열처리를 행해도 비커스 경도는 극히 약간 증가하는 것에 지나지 않는다.

이에 반해, Re를 첨가한 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금인 No.1(Re 함유) 및 No.2(Re, Ta 함유)의 시료에서는, 시효 열처리를 행하면 비커스 경도가 대폭 증가하고, 특히, Re와 Ta를 동시에 첨가한 No.2의 시료에서는, 800HV를 초과하는 높은 경도가 얻어졌다.

이상의 결과로부터, Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 Re를 포함하지 않는 것에 비해, 미세한 2중 복상 조직이 형성되어, 비커스 경도의 값이 높아지는 것이 확인되었다.

또한 Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은, 시효 열처리(하부 복상 열처리)를 행함으로써, 비커스 경도가 현저하게 상승하는 것이 확인되었다. 이것은, 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 시효 열처리를 행하면, 합금조직의 채널부에서는, Ni 고용체상이 Ni₃V나 Ni₃Al의 금속간 화합물상으로 변태(규칙 강화)되고, 게다가, Re가 Re 풍부한 조성의 미세 침상 입자(제2상 입자)로서 석출(석출강화)함으로써 시효 경화가 생기기 때문이다(Re 첨가에 의한 시효 경화의 메커니즘).

또한 Re, Ta를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 경우에는, 용체화 열처리만 시행한 경우에도 비커스 경도의 값이 높은 값을 나타내는 것이 확인되고, 또한 시효 열처리를 시행함으로써 비커스 경도의 값이 더 높은 값을 나타내는 것이 확인되었다. 이것은 Ta는 고용강화에 의해 경도를 향상시킨다(Ta 첨가에 의한 경화의 메커니즘). 그 결과, Ta 첨가에 의한 고용강화와 Re 첨가에 의한 석출강화와의 중첩효과에 의해, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 경도를 대폭 향상시키기 때문이다(Ta와 Re의 복합 첨가의 효과).

이상으로부터, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금에 대하여, Re를 첨가하여 원하는 열처리를 시행하면, Re 풍부한 조성의 미세한 침상 입자(제2상 입자)가 석출하고, 이것에 의해, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금의 경도 특성을 대폭 상승시킬 수 있다. 이 점에서, Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴(1)은 높은 경도를 가져 저마모이고 또한 고수명이므로, 툴 특성을 비약적으로 향상할 수 있다.

또한 특허문헌 1(일본 특개 2009-255170호 공보)의 도 41로부터, Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금은 비커스 경도의 값이 고온 영역(300∼900℃)에서도 상온하에서의 경도보다 급격하게 저하되지 않고 높은 값에 유지되는 것을 알고 있다. 이 점에서, Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴(1)은 고온하에서도 높은 경도를 유지하는 것이 뒷받침된다.

<실시예>

다음에 Re를 포함하는 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴에 의하면, 툴 수명이 연장되어 장기에 걸쳐 양호한 마찰 교반 접합을 행할 수 있는 것의 효과를 확인하기 위하여, 이하의 실험을 행했다.

(마찰 교반 가공용 툴의 제작)

Ni: 72원자%, Al: 7원자%, V: 13원자%, Ta: 5원자%, Re: 3원자% 및 B: 50중량ppm의 조성이 되도록, Ni, Al, V, Ta, Re의 지금(각각 순도 99.9중량%)과 B를 칭량한 것을 진공 유도 용해법에 의해 0.3kg의 주괴(주조 소재)를 제작했다. 이 주조 소재에 대하여, 이하에 나타내는 툴 형상으로 절삭 가공한 후, 시효 열처리(하부 복상 열처리)로서 950℃의 온도에서 5시간의 열처리를 시행하여, 도 1에 도시하는 본 마찰 교반 접합용 툴(1)을 제작했다.

(마찰 교반 가공용 툴의 형상)

숄더면(2)은 직경 12mm의 원형의 평면이며, 그 중앙에 설치한 프로브(3)는 반경 2mm의 구면이 숄더면(2)으로부터 일부 돌출해 있다. 프로브(3)의 바닥부 직경은 약 4mm이며, 숄더면(2)으로부터 프로브(3)의 선단까지의 길이(돌출 높이, 프로브 장지)는 0.81mm이다.

(마찰 교반 가공(마찰 교반 접합))

상기 마찰 교반 가공용 툴(1)을 사용하여, 도 2에 도시한 방법으로 마찰 교반 가공(맞댐 접합에 의한 마찰 교반 접합)을 행했다. 이 때, 정반축(X)과 횡행축(Y)과 승강축(Z)의 3축으로 이루어지는 마찰 교반 접합 장치에 상기 툴(1)을 부착했다. 또한, 마찰 교반 접합 가공 시에는 아르곤 가스가 툴 측면을 따라 흘러 내려 툴(1)을 내측에 포함하게 되어 있다.

또한 도 2에 도시하는 바와 같이, 강제(S50C)의 정반(4) 위에, 뒷댐재(5)로서, 표면 평활한 질화규소제 사각기둥(가로세로 30mm, 길이 100mm)을 3개 길이방향으로 줄지어 배열하고 고정했다. 또한, 뒷댐재(5)의 재질이 되는 질화규소는 주성분으로서 Si₃N₄가 90중량%, Al₂O₃가 4∼5중량%, Y₂O₃가 4∼5중량%, 기타로 이루어진다.

그리고, 뒷댐재(5) 위에, 피가공재로서 SUS430으로 이루어지는 2매의 평판재(6a, 6b)(세로 300mm, 세로 75mm, 두께 1.0mm)의 접합면을 서로 맞대어 재치하고 고정했다.

(접합조건)

마찰 교반 접합의 조건은 툴(1)을 전진각 3도이고 툴 회전수 600∼900rpm으로 고속회전시키면서 2매의 평판재(6a, 6b)의 접합선(맞댐부(7)) 위에 내리누르고, 마찰열에 의해 툴(1)이 오렌지색으로 발광한 후, 툴 이송 속도 900∼1400mm/분으로 회전하는 툴(1)을 직선 형상으로 이동시키고, 2매의 평판재(6a, 6b)를 맞댄 접합선을 마찰 교반 접합했다. 이 가공시의 툴(1)에 대한 부하는 0.8∼1.05ton으로 설정했다. 이 마찰 교반 접합의 1회의 시공 거리를 250mm로 설정하고, 80회(총 시공거리 20000mm) 행했다. 또한, 마찰 교반 접합조건은, 1회의 조작(시공거리 250mm의 마찰 교반 접합조작)에서는, 상기의 조건 범위 내에서 일정한 설정값으로 설정하여 행했다.

도 9∼도 15에 시험 No.1∼7로서 상기 접합조작의 조작회가 소정회째(표 4 중 「조작회」를 참조)에 있어서의 평판재(6a, 6b)의 접합부의 사진을 나타내고 있고, 상기 마찰 교반 접합의 시공상태는, 접합조작의 초기, 중기, 후기 모두 외관상 양호했다. 이것으로부터, 본 실시예에 의한 툴(1)에 의하면, 장기의 마찰 교반 접합에도 툴(1)이 견디어, 장기에 걸쳐 양호한 완성 상태를 확보할 수 있었다.

(인장 시험)

상기 접합부의 강도를 조사하기 위하여, 상기 마찰 교반 접합후의 평판재(6a, 6b)에 대하여, 접합방향에 대하여 직교하는 방향으로 시료를 제작하고, 인장 시험을 행했다. 시료는, JIS Z22015호 시험편의 형상에 준하고, 폭 24.6mm, 표점 거리 50mm로 했다. 측정시의 크로스 헤드 속도는 20mm/min으로 했다.

이상의 측정결과를 조작회, 마찰 교반 접합 조건과 함께, 표 4에 나타낸다.

표 4로부터, 인장강도에 대해서도, 시공거리의 전체에 걸쳐 537MPa 이상의 강도가 얻어졌다. 툴의 시공거리가 18750∼19000mm(시험 No.6)나 19750∼20000mm(시험 No.7)의 길어진 접합재에서도, 인장강도가 549MPa(시험 No.6), 564MPa(시험 No.7)을 갖고 있어, 시공거리가 2750∼3000mm(시험 No.1)나 4000∼4250mm(시험 No.2)의 짧을 때의 접합재에서도, 인장강도가 555MPa(시험 No.1), 537MPa(시험 No.2)이었던 것으로 변하지 않고, 이것으로부터 시공거리가 길어져도 양호한 접합 가공이 행해졌다. 또한, 이 결과는, SUS430 모재의 인장강도가 n=3의 평균이 519MPa이었으므로 SUS430 모재와 비교해도 뒤지지 않는 충분한 강도가 얻어지고 있는 것을 알았다.

또한 툴(1)의 마모도 툴(1)의 중량, 프로브(3)의 높이를 측정한 결과, 80회의 시공 조작(시공거리 20000mm)을 행한 후에도, 미사용시일 때와 비교하여, 툴(1)의 중량이 0.1g 감소하고, 프로브 높이가 0.02mm 짧아졌지만, 크게 감모되어 있지 않았으므로, 툴 마모가 적게 억제되었다.

이상으로부터, 실시예의 툴(Re 첨가의 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 툴)에 의하면, SUS430의 평판재의 마찰 접합을 시공거리 20000mm에 달해도, 외관의 시공상태 및 접합강도에서 양호하여, 툴 수명이 대단히 길어진 것이 이 실험에서 실증되었다.

1 마찰 교반 가공용 툴
2 숄더면
3 프로브
4 정반
5 뒷댐재
6a, 6b 평판재(피가공재)
7 맞댐부
11 숄더부
12 커트면
13 부착부

Claims

Re가 첨가된 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금으로 이루어지는 마찰 교반 가공용 툴.
제 1 항에 있어서, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 5∼12원자%, V: 11∼17원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자%의 조성의 합계 중량에 대하여 10∼1000중량ppm의 B를 포함하고, 초석 L1₂상과 (L1₂+D0₂₂) 공석 조직의 2중 복상 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 가공용 툴.
제 2 항에 있어서, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 8∼12원자%, V: 13∼17원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자% 조성의 합계 중량에 대하여 10∼1000중량ppm의 B를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 가공용 툴.
제 2 항에 있어서, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 Ni를 주성분으로 하고, 또한 Al: 5∼9원자%, V: 11∼15원자%, Ta: 3∼7원자%, Re: 1∼5원자%를 포함하는 합계 100원자%의 조성의 합계 중량에 대하여 10∼1000중량ppm의 B를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 가공용 툴.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 그 조성의 전체 성분을 포함하는 용탕을 서냉하여 주조함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 마찰 교반 가공용 툴.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 1230∼1330℃에서 열처리를 행함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 마찰 교반 가공용 툴.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Ni기 2중 복상 금속간 화합물 합금이 800∼1000℃에서 열처리를 행함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 마찰 교반 가공용 툴.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 마찰 교반 가공용 툴을 회전시키면서 피가공재에 대하여 눌러서 발생하는 마찰열에 의해 피가공재를 연화시켜 가공하는 마찰 교반 가공 방법.