KR20240031407A - 마찰 교반점 접합 조인트 및 그의 제조 방법, 그리고, 마찰 교반점 접합 방법 - Google Patents
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Abstract
피접합재로서 표층 연질층을 갖는 강판을 사용하는 경우에도, 높은 십자 인장 강도를 갖는 마찰 교반점 접합 조인트를 제공한다. 서로 겹친 강판 중 상판의 상면에 있어서 환상 홈부를 형성함과 함께, 접합부의 형상과 경도를 동시에 적절히 제어한다.
Description
본 발명은, 마찰 교반점 접합 조인트(friction stir spot welded joint) 및 그의 제조 방법, 그리고, 마찰 교반점 접합 방법에 관한 것이다.
자동차를 조립할 때에는, 비용이나 효율의 면으로부터, 프레스 성형된 철강 재료(부품)를 저항 용접에 의해 접합하는 경우가 많다.
또한, 최근, 마찰 교반점 접합의 철강 재료로의 적용도 검토되고 있다. 여기에서, 마찰 교반점 접합이란, 마찰 교반 현상을 이용한 점 접합법이다. 구체적으로는, 숄더부와 당해 숄더부로부터 돌출하는 핀부를 갖는 툴을 회전시키면서, 툴의 핀부를 서로 겹친 금속판으로 이루어지는 피접합재에 압입한다(밀어넣는다). 이에 따라, 금속판을 연화(soften) 및 소성 유동(plastically flow)시켜, 서로 겹친 금속판을 접합한다.
이러한 마찰 교반점 접합에 관한 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는,
「금속 재료로 이루어지는 제1 부재 및 제2 부재를 그의 경계부에 연질부를 위치시킨 상태로 서로 겹치고, 회전 공구의 핀부를 회전시키면서 상기 제1 부재에서 상기 제2 부재까지 압입하고, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재를 교반함으로써 점 접합하는 마찰 교반점 접합 방법으로서,
상기 제1 및 제2 부재 중 적어도 한쪽이, 800℃ 또한 변형 속도 10－3s－1에서의 인장 강도가 100㎫ 이상의 금속 재료로 이루어지고,
상기 연질부가, 실온에 있어서 상기 인장 강도가 100㎫ 이상의 상기 금속 재료의 모재 경도보다도 낮은 경도를 갖는 것이고,
상기 연질부는, 적어도 상기 인장 강도가 100㎫ 이상의 상기 금속 재료의 표층부에 형성되는 연질층이고,
상기 인장 강도가 100㎫ 이상의 상기 금속 재료는, 질량％로 C 함유량이 0.3％ 이상의 탄소강이고, 상기 연질층은, 질량％로 C 함유량이 0.1％ 이하의 탈탄층인, 마찰 교반점 접합 방법.」
이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 기술에 의해 얻어지는 마찰 교반점 접합 조인트를 이용하여 십자 인장 시험(cross tensile test)을 행하면, 제1 부재와 제2 부재의 경계부에 위치하는 연질부를 따라 파단(fracture)이 생기고, 충분한 십자 인장 강도가 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로서, 피접합재로서 표층부에 연질층(이하, 표층 연질층이라고도 함)을 갖는 강판을 사용하는 경우에도, 높은 십자 인장 강도를 갖는 마찰 교반점 접합 조인트 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기의 마찰 교반점 접합 조인트를 얻기 위한 마찰 교반점 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
여기에서, 「높은 십자 인장 강도」란, JIS Z 3137에 준거한 십자 인장 시험에 의해 측정되는 십자 인장 강도가 8.0kN 이상인 것을 의미한다.
그런데, 발명자들은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 발명자들은,
· 접합부의 상면에 환상 홈부를 형성함과 함께,
· 접합부의 형상과 경도를 동시에 적절히 제어하는, 구체적으로는, 이하의 (a)∼(c)를 동시에 만족시키는,
것에 의해, 피접합재로서 표층 연질층을 갖는 강판을 사용하는 경우에도, 높은 조인트 강도를 얻을 수 있다, 라는 인식을 얻었다.
(a) 접합부의 오목부의 최심점(deepest point)의 연직 방향 위치에 대해서, 피접합재가 되는 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족시킨다.
(b) 접합 계면의 최고점의 연직 방향 위치를, 피접합재가 되는 강판의 상측 맞댐면을 기준 위치로 하여, ＋TU×0.50 이상으로 한다.
(c) 연직 방향 위치: ＋TU×0.50 또는 ＋TU×0.60에 있어서, 수평 방향 위치에서 접합 계면의 위치의 경도와, 접합 계면의 위치＋350㎛의 위치의 경도의 차를, 80HV 이하로 한다.
또한, 발명자들은, 추가로 검토를 거듭하여, 상기의 마찰 교반점 접합 조인트를 얻기 위해서는, 접합 시에 이하의 (d)∼(f)를 동시에 만족시키는 것이 중요하다는 인식을 얻었다.
(d) 툴의 압입 최대 깊이의 연직 방향 위치에 대해서, 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족시키면서, 툴이 압입 최대 깊이에 도달했을 때에 숄더와 피접합재의 상판이 접촉하는(숄더에 의해 피접합재가 압압되어 있는) 상태로 한다.
(e) 최고 도달 온도를 850℃ 이하로 한다.
(f) 접합 조건을 적정하게 제어하는, 구체적으로는, 툴 회전 속도, 툴 압입량 및 가압력에 대해서, 다음식 (1)의 관계를 만족시킨다.
식 (1) 중,
n은, 접합 조건의 전환 횟수,
Rk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 툴 회전 속도(rpm),
Ak＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 시점에서 k＋1회째의 접합 조건의 전환 시점까지의 툴 압입량(㎜),
Pk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 가압력(N)
이다.
단, R1은 초기 툴 회전 속도(rpm), A1은 초기 접합 조건에서의 툴 압입량(㎜), P1은 초기 가압력(N)으로 한다. 또한, An＋1은, n회째의 접합 조건의 전환 시점에서 툴의 압입 최대 깊이 도달 시점까지의 툴 압입량(㎜)으로 한다.
본 발명은, 상기의 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
1. 서로 겹친 2매 이상의 강판과, 당해 강판의 접합부와, 당해 접합부의 상면의 환상 홈부를 갖는, 마찰 교반점 접합 조인트로서,
상기 강판 중 적어도 1매가 표층 연질층을 갖고,
상기 접합부는, 오목부와, 당해 오목부에 인접하는 제1 유동부와, 당해 제1 유동부에 인접하는 제2 유동부와, 당해 제1 유동부와 당해 제2 유동부의 경계인 접합 계면을 갖고,
상기 오목부의 최심점의 연직 방향 위치가, 상기 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족하고,
상기 접합 계면의 최고점의 연직 방향 위치가, 상기 강판의 상측 맞댐면을 기준 위치로 하여, ＋TU×0.50 이상이고,
연직 방향 위치: ＋TU×0.50 또는 ＋TU×0.60에 있어서, 수평 방향 위치에서 상기 접합 계면의 위치의 경도와, 상기 접합 계면의 위치＋350㎛의 위치의 경도의 차가, 80HV 이하인, 마찰 교반점 접합 조인트.
여기에서, 상판 및 하판은 각각, 서로 겹친 2매 이상의 강판 중, 최상부에 위치하는 강판 및 최하부에 위치하는 강판으로서,
TU는, 상판의 강판의 판두께(㎜),
TL은, 하판의 강판의 판두께(㎜),
상측 맞댐면은, 상판과, 당해 상판에 인접하는 강판의 맞댐면,
하측 맞댐면은, 하판과, 당해 하판에 인접하는 강판의 맞댐면
이다.
또한, 연직 방향 위치는, 기준 위치보다도 상측의 경우를 ＋, 하측의 경우를 －로 한다. 수평 방향 위치는, 기준 위치로부터의 거리로 한다.
2. 상기 표층 연질층의 평균 탄소 농도가, 상기 표층 연질층을 갖는 강판의 성분 조성의 탄소 농도의 80％ 이하인, 상기 1에 기재된 마찰 교반점 접합 조인트.
3. 숄더부와 당해 숄더부로부터 돌출하는 핀부를 갖는 툴을 회전시키면서, 당해 핀부를 피접합재인 서로 겹친 2매 이상의 강판에 압입하고, 당해 강판을 접합하는, 마찰 교반점 접합 방법으로서,
상기 피접합재인 강판 중 적어도 1매가 표층 연질층을 갖고,
상기 툴의 압입 최대 깊이의 연직 방향 위치가, 상기 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족하고, 또한, 상기 툴이 압입 최대 깊이에 도달했을 때에 상기 숄더와 상판이 접촉하는 상태이고,
최고 도달 온도가 850℃ 이하이고,
다음식 (1)의 관계를 만족하는, 마찰 교반점 접합 방법.
식 (1) 중,
n은, 접합 조건의 전환 횟수,
Rk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 툴 회전 속도(rpm),
Ak＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 시점에서 k＋1회째의 접합 조건의 전환 시점까지의 툴 압입량(㎜),
Pk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 가압력(N)
이다.
단, R1은 초기 툴 회전 속도(rpm), A1은 초기 접합 조건에서의 툴 압입량(㎜), P1은 초기 가압력(N)으로 한다. 또한, An＋1은, n회째의 접합 조건의 전환 시점에서 툴의 압입 최대 깊이 도달 시점까지의 툴 압입량(㎜)으로 한다.
또한, 상판 및 하판은 각각, 서로 겹친 2매 이상의 강판 중, 최상부에 위치하는 강판 및 최하부에 위치하는 강판으로서,
TL은, 하판의 강판의 판두께(㎜),
하측 맞댐면은, 하판과, 당해 하판에 인접하는 강판의 맞댐면
이다.
또한, 연직 방향 위치는, 기준 위치보다도 상측의 경우를 ＋, 하측의 경우를 －로 한다.
4. 상기 표층 연질층의 평균 탄소 농도가, 상기 표층 연질층을 갖는 강판의 성분 조성의 탄소 농도의 80％ 이하인, 상기 3에 기재된 마찰 교반점 접합 방법.
5. 상기 3 또는 4에 기재된 마찰 교반점 접합 방법에 의해, 서로 겹친 2매 이상의 강판을 접합하는, 마찰 교반점 접합 조인트의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 피접합재로서 표층 연질층을 갖는 강판을 사용하는 경우에도, 높은 십자 인장 강도를 갖는 마찰 교반점 접합 조인트가 얻어진다. 이에 따라, 보다 광범위한 강판에 대하여 마찰 교반점 접합을 적용할 수 있게 되기 때문에, 산업상의 이용 가치는 매우 크다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트의 연직 단면의 개략도이다.
도 2는 시료 번호 13의 마찰 교반점 접합 조인트(환상 홈부를 갖지 않는 마찰 교반점 접합 조인트)의 연직 단면의 개략도이다.
도 2는 시료 번호 13의 마찰 교반점 접합 조인트(환상 홈부를 갖지 않는 마찰 교반점 접합 조인트)의 연직 단면의 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명을, 이하의 실시 형태에 기초하여 설명한다.
[1] 마찰 교반점 접합 조인트
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다. 또한, 도 1에서는, 피접합재가 되는 강판이 2매인 경우를 예로 하고 있다. 여기에서, 도 1은, 접합부의 오목부의 중심 위치를 통과하는, 마찰 교반점 접합 조인트의 연직 단면(이하, 간단히 연직 단면이라고도 함)이고, 각 부의 위치 등은, 모두 당해 연직 단면에서의 것이다.
또한, 연직 방향(강판의 판두께 방향)의 상측이란, 마찰 교반점 접합 시에 툴의 핀부가 압입되는 측이다. 연직 방향의 하측이란, 마찰 교반점 접합 시에 뒷받침재가 설치되는 측(마찰 교반점 접합 시에 툴의 핀부가 압입되는 측의 반대측)이다. 또한, 마찰 교반점 접합 조인트에서는, 그의 형상 등, 예를 들면, 오목부의 위치로부터, 연직 방향의 상측 및 하측을 특정할 수 있다. 또한, 이하, 피접합재가 되는 강판 중, 최상부의 강판(최상부에 위치하는 강판)을 상판, 최하부의 강판(최하부에 위치하는 강판)을 하판, 최상부 및 최하부와 중간에 위치하는 강판(최상부 및 최하부 이외의 강판)을 중판이라고도 한다. 상면은 연직 방향의 상측의 면이고, 하면은 연직 방향의 하측의 면이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 서로 겹친 강판(1)과, 당해 강판의 접합부(2)와, 당해 접합부의 상면의 환상 홈부(3)를 갖는다. 또한, 서로 겹친 강판 간에(접합되지 않고) 잔존하고 있는 극간을, 미접합 계면(4)이라고 한다.
[접합부]
접합부는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 오목부(2-1)와, 당해 오목부에 인접하는 제1 유동부(2-2)와, 당해 제1 유동부에 인접하는 제2 유동부(2-3)와, 당해 제1 유동부와 당해 제2 유동부의 경계인 접합 계면(2-4)을 갖는다.
여기에서, 오목부는, 접합 시에, 툴의 핀부의 압입에 의해 형성되는 것이다. 또한, 오목부는, 연직 방향 상측에서 보면 대략 원형이고, 그의 직경은, 툴의 핀부의 직경과 거의 동일한 크기가 된다. 또한, 오목부의 중심 위치는, 연직 방향 상측에서 보았을 때의 오목부의 중심으로 한다.
제1 유동부는, 접합 시에 하판이 소성 유동하여 형성되는 유동 영역이고, 오목부의 주위에 인접하여 형성된다. 또한, 제2 유동부는, 상판이 소성 유동하여 형성되는 유동 영역이고, 제1 유동부에 인접하여 형성된다. 또한, 피접합재가 되는 강판이 3매 이상의 경우, 중판이 소성 유동하여 형성되는 유동 영역은 모두, 제2 유동부에 포함되는 것으로 한다.
또한, 제1 유동부 및 제2 유동부는 이하와 같이 획정한다. 이에 따라, 제1 유동부와 제2 유동부의 경계인 접합 계면이 특정된다.
즉, 접합부의 오목부의 중심 위치를 통과하는, 마찰 교반점 접합 조인트의 연직 단면을 연마하고, 피크르산 포화 수용액으로 에칭한다. 이어서, 당해 연직 단면을 광학 현미경으로 관찰하고, 모재 조직과 유동부에 있어서의 에칭의 정도 등으로부터, 제1 유동부 및 제2 유동부를 획정한다. 그리고, 획정한 제1 유동부와 제2 유동부의 경계를 접합 계면으로 한다.
그리고, 접합부에서는, 그의 형상과 경도를, 이하와 같이 제어하는 것이 중요하다.
여기에서, 상판 및 하판은 각각, 서로 겹친 2매 이상의 강판 중, 최상부에 위치하는 강판 및 최하부에 위치하는 강판으로서,
TU는, 상판의 강판의 판두께(㎜),
TL은, 하판의 강판의 판두께(㎜),
상측 맞댐면은, 상판과, 당해 상판에 인접하는 강판의 맞댐면,
하측 맞댐면은, 하판과, 당해 하판에 인접하는 강판의 맞댐면
이다.
또한, 연직 방향 위치는, 기준 위치보다도 상측의 경우를 ＋, 하측의 경우를 －로 한다. 수평 방향 위치는, 기준 위치로부터의 거리(기준 위치를 0으로 하고, －는 되지 않는(부의 값은 취하지 않음) 것)로 한다.
(a) 오목부의 최심점의 연직 방향 위치(이하, 오목부의 최심점의 레벨이라고도 함)
오목부의 최심점의 레벨에 대해서, 피접합재가 되는 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족시킨다. 이에 따라, 접합 계면이 강화되어, 피접합재로서 표층 연질층을 갖는 강판을 사용하는 경우에도, 높은 십자 인장 강도가 얻어진다. 또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 오목부의 최심점의 레벨은 －TL×0.90 이상으로 하는 것이 바람직하다.
(b) 접합 계면의 최고점의 연직 방향 위치(이하, 접합 계면의 최고점의 레벨이라고도 함)
접합 계면의 최고점의 레벨은, 피접합재가 되는 강판의 상측 맞댐면을 기준 위치로 하여, ＋TU×0.50 이상으로 한다. 바람직하게는 ＋TU×0.60 이상으로 한다. 이에 따라, 접합 계면이 강화되어, 피접합재로서 표층 연질층을 갖는 강판을 사용하는 경우에도, 높은 십자 인장 강도가 얻어진다. 또한, 접합 계면의 최고점의 레벨은 높을수록 바람직하고, 예를 들면, 툴의 숄더부의 주위에서 버어(burr)로서 외부에 배출되는 영역까지 접합 계면의 최고점이 도달하고 있어도 좋다. 접합 계면의 최고점의 레벨은, 보다 바람직하게는 ＋TU×0.98 이하이다.
또한, 접합 계면은, 통상, 연직 단면에 있어서, 연직 방향 상측을 향하여 만곡한 형상(연직 방향 상측을 향하여 볼록해지는 형상)이다.
또한, 오목부의 최심점의 레벨 및 접합 계면의 최고점의 레벨은, 접합 계면의 특정에 사용한 마찰 교반점 접합 조인트의 연직 단면의 촬영 화상을 이용하여, 노기스(caliper square) 등에 의해 측정하면 좋다.
(c) 연직 방향 위치: ＋TU×0.50 또는 ＋TU×0.60에 있어서의, 수평 방향 위치에서 접합 계면의 위치의 경도와, 접합 계면의 위치＋350㎛의 위치의 경도의 차(이하, 간단히 접합부의 소정 레벨에서의 경도차라고도 함)
발명자들은, 상기 특허문헌 1의 기술에 의해 얻어지는 마찰 교반점 접합 조인트를 이용하여 십자 인장 시험을 행하는 경우에, 제1 부재와 제2 부재의 경계부에 위치하는 연질부를 따라 파단이 생기고, 충분한 십자 인장 강도가 얻어지지 않는다는 문제가 생기는 원인에 대해서 조사했다. 그 결과, 발명자들은, 피접합재로서 표층 연질층을 갖는 강판을 사용하면, 표층 연질층의 영향에 의해 접합 계면에 있어서 경도 저하가 생기고, 이것이 원인이 되어, 십자 인장 시험을 행하는 경우에, 제1 부재와 제2 부재의 경계부에 위치하는 연질부를 따라 파단이 생기는 것을 인식했다. 그리고, 발명자들은, 이 인식을 기초로 추가로 검토를 거듭한 결과, 접합부의 상면에 환상 홈부를 형성함과 함께, 상기 (a) 및 (b)의 요건을 만족시키고, 동시에, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차, 즉, 상판의 설치 레벨에서의 접합 계면과 제2 유동부의 경도차를 저감함으로써, 상기한 연질부를 따른 파단이 방지되는 것을 인식했다.
특히, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차를 80HV 이하로 하면, 상기한 연질부를 따른 파단이 유효하게 방지되어, 십자 인장 강도가 향상한다. 한편, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차가 80HV를 초과하면, 상기한 연질부를 따른 파단을 충분히 방지할 수 없어, 십자 인장 강도가 저하한다. 그 때문에, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차는 80HV 이하로 한다. 접합부의 소정 레벨에서의 경도차는, 바람직하게는 70HV 이하, 보다 바람직하게는 60HV 이하이다. 접합부의 소정 레벨에서의 경도차의 하한은 특별히 한정되지 않고, 0이어도 좋다.
또한, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차는, 기본적으로, 연직 방향 위치: ＋TU×0.60으로 측정한다. 단, 접합 계면의 최고점의 레벨이 ＋TU×0.60 미만인 경우에는, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차를, 연직 방향 위치: ＋TU×0.50으로 측정한다.
또한, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차를, 기본적으로, 연직 방향 위치: ＋TU×0.60(이하, ＋TU×0.60이라고도 함)으로 측정하는 이유는, 이하와 같다.
즉, 건전한 마찰 교반점 조인트의 경우, ＋TU×0.60은 접합 계면에 강고한 접합이 충분히 얻어지는 위치이다. 그 때문에, 접합 계면 근방에 연질부가 형성되지 않는 경우에는, 당해 위치에 있어서 접합 계면을 따른 파단이 생기지 않는다. 한편, 접합 계면 근방에 연질부가 형성되는 경우에는, 당해 위치에 있어서 접합 계면을 따라 연질인 조직이 파단한다. 즉, ＋TU×0.60은, 접합 계면의 위치의 경도와, 접합 계면의 위치＋350㎛의 위치의 경도의 차가, 파단 경로에 크게 영향을 주는 위치이다. 그 때문에, ＋TU×0.60은, 경도차의 측정(환언하면, 접합 계면 근방에 있어서의 연질층의 형성 유무의 확인)에 적합한 위치이다. 또한, 연직 방향 위치: ＋TU×0.50도, 마찬가지의 이유로 경도차의 측정에 적합한 위치이고, 단, 연직 방향 위치: ＋TU×0.50에서는, 경도의 측정값이 강판의 판두께 중앙부에 생기는 편석의 영향을 받을 가능성이 있기 때문에, 가능한 경우에는 ＋TU×0.60으로 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 각 위치에서의 경도의 측정은, JIS Z 2244에 준거하여 행한다. 구체적으로는, 이하와 같이 하여 행한다.
즉, 도 1에 나타내는 마찰 교반점 접합 조인트의 연직 단면(접합부의 오목부의 중심 위치를 통과하는, 마찰 교반점 접합 조인트의 연직 단면)을 측정면으로 하고, 각 위치에 있어서 시험력: 2.942N의 조건으로 비커스 경도(HV)를 측정한다.
[환상 홈부]
환상 홈부는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 접합부의 상면에 형성된다. 또한, 환상 홈부는, 접합부의 상면에 있어서, 오목부를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 환상 홈부는, 접합 시에, 툴의 숄더부와 상판이 접촉함으로써 형성된다. 환상 홈부가 형성됨으로써, 접합 계면이 강화된다. 이에 따라, 피접합재로서 표층 연질층을 갖는 강판을 사용하는 경우에도, 높은 조인트 강도가 얻어진다.
또한, 환상 홈부의 유무는, 육안에 의해, 마찰 교반점 접합 조인트의 상면의 외관 관찰 및, 마찰 교반점 접합 조인트의 연직 단면의 관찰을 행함으로써, 확인할 수 있다.
[강판]
피접합재가 되는 강판 중, 적어도 1매가 표층 연질층을 갖는다. 또한, 표층 연질층을 갖는 강판의 매수는 특별히 한정되지 않고, 피접합재가 되는 강판이 모두 표층 연질층을 갖고 있어도 좋다.
여기에서, 표층 연질층이란, 페라이트 분율이, 판두께 1/3 위치의 페라이트 분율의 2배 이상이 되는 영역이다. 그리고, 강판의 적어도 한쪽의 면에 있어서, 두께: 1㎛ 이상의 표층 연질층이 존재하는 경우에, 표층 연질층을 갖는다고 판단한다.
즉, 「표층 연질층을 갖는다」란, 강판의 적어도 한쪽의 면에 있어서, 페라이트 분율이, 판두께 1/3 위치의 페라이트 분율의 2배 이상이 되는 영역이 존재하고 있고, 또한, 그 영역의 두께가 1㎛ 이상인 것을 의미한다.
또한, 표층 연질층의 두께는, 예를 들면, 이하와 같이 하여 측정한다.
즉, 강판으로부터, 강판 표면과 수직인 임의의 단면이 관찰면이 되도록, 시험편을 잘라낸다. 이어서, 관찰면을 연마하고, 3vol.％ 나이탈(nital)로 에칭하고, 조직을 현출시킨다. 이어서, 강판의 상면에서 하면까지의 여러 가지의 두께 위치에 있어서의 마이크로 조직을, 피치(두께 방향의 간격): 100㎛ 피치로 하여, SEM(Scanning Electron Microscope; 주사 전자 현미경)에 의해, 배율: 2000배로 촬영한다. 얻어진 여러 가지의 두께 위치에 있어서의 조직 화상으로부터, Adobe Systems사의 Adobe Photoshop을 이용하여, 각 두께 위치에 있어서의 페라이트의 면적을 산출한다. 이어서, 각 두께 위치에 있어서의 페라이트의 면적을 각각의 시야 영역의 면적으로 나누고, 그들의 값을, 각 두께 위치에 있어서의 페라이트 분율로 한다. 여기에서, 비교적 평활한 면에서 검게 관찰되는 상을 페라이트로 한다. 이어서, 페라이트 분율이, 판두께 1/3 위치의 페라이트 분율의 2배 이상이 되는 두께 위치의 최심 위치(이하, 최심 위치라고도 함)를 강판의 양면(상면 및 하면) 각각으로 특정하고, 이들 두께 위치로부터, 강판의 양면(상면 및 하면) 각각에 있어서의 표층 연질층의 두께(상면에서 (상면측의)최심 위치까지의 거리 및, 하면에서 (하면측의)최심 위치까지의 거리)를 특정한다. 또한, 표층 연질층의 두께가 10㎛ 이하인 경우에는, 강판의 상면 근방 및 하면 근방의 여러 가지의 두께 위치에 있어서의 마이크로 조직을, SEM에 의해, 배율: 10000배, 피치(두께 방향의 간격): 5㎛로 하여 1∼3매 촬영하고, 마찬가지로 Adobe Systems사의 Adobe Photoshop을 이용하여, 각 두께 위치에 있어서의 페라이트의 면적 및 페라이트 분율을 산출한다. 이에 따라, 표층 연질층의 두께를 특정한다. 또한, 판두께 1/3 위치의 기점(판두께 0 위치)은, 상면 및 하면의 임의의 면으로 하면 좋다. 단, 상면을 기점으로 하는 경우와, 하면을 기점으로 하는 경우에서, 판두께 1/3 위치의 페라이트 분율이 상이할 때에는, 페라이트 분율이 큰 쪽의 값을 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 표층 연질층의 평균 탄소 농도는, 표층 연질층을 갖는 강판의 성분 조성의 탄소 농도의 80％ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서, 표층 연질층의 평균 탄소 농도는, 예를 들면, FE-EPMA에 의해 측정한다.
구체적으로는, 강판으로부터, 강판 표면과 수직인 임의의 단면이 관찰면이 되도록 시험편을 잘라낸다. 이어서, FE-EPMA를 이용하여, 시험편의 여러 가지의 깊이 위치에 있어서의 탄소 농도를 측정하고, 강판의 깊이 방향에 있어서의 탄소 농도 분포를 구한다. 그리고, 표층 연질층에 있어서 깊이 위치에서의 탄소 농도의 평균값을 구하고, 그 값을, 표층 연질층의 평균 탄소 농도로 한다.
또한, 피접합재가 되는 강판의 매수는 2매 이상으로 하면 좋다. 피접합재가 되는 강판의 매수의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 피접합재가 되는 강판의 매수는 5매 이하가 바람직하다. 피접합재가 되는 강판에는, 모두 동일한 강종의 강판을 사용해도 좋고, 상이한 강종의 강판을 사용해도 좋다.
또한, 피접합재가 되는 강판의 판두께는, 0.4∼3.2㎜가 적합하다. 또한, 피접합재가 되는 강판에는, 모두 동일한 판두께의 강판을 사용해도 좋고, 상이한 판두께의 강판을 사용해도 좋다.
또한, 피접합재가 되는 강판의 성분 조성으로서는, 예를 들면, 질량％로,
C: 0.05∼0.6％, Si: 0.2∼2.5％, Mn: 1.0∼4.0％, P: 0.10％ 이하, S: 0.050％ 이하, Al: 0.01∼0.80％ 및, N: 0.010％ 이하
이고,
임의로,
Nb: 0.050％ 이하, Ti: 0.050％ 이하, B: 0.0050％ 이하, V: 0.05％ 이하, Cr: 0.50％ 이하, Mo: 0.50％ 이하, Co: 0.50％ 이하, Cu: 0.50％ 이하, Ni: 0.50％ 이하, Sb: 0.020％ 이하, 그리고, Ca 및 REM: 합계로 0.010％ 이하
로부터 선택되는 1종 이상을 갖고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 예시할 수 있다.
또한, 피접합재가 되는 강판의 인장 강도는, 980㎫ 이상이 적합하고, 1470㎫ 이상이 보다 적합하다. 인장 강도는, JIS Z 2241(1998)에 준거하여 측정한다.
또한, 피접합재가 되는 강판은, 표면에 도금층을 갖고 있어도 좋다. 도금층은, 강판의 양면에 형성해도, 강판의 편면에 형성해도 좋다. 도금층으로서는, 예를 들면, 아연계 도금층을 들 수 있다. 또한, 아연계 도금층이란, 아연을 주성분으로 하는 도금층(아연의 함유량이 50질량％ 이상의 도금층)이고, 예를 들면, 용융 아연 도금층이나 합금화 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층 등을 들 수 있다.
또한, 상기의 강판은, 상법(conventional methods)에 따라, 제조하는 것이 가능하다.
[2] 마찰 교반점 접합 방법 및, 마찰 교반점 접합 조인트의 제조 방법
다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 방법 및, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트의 제조 방법에 대해서, 설명한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 방법은,
숄더부와 당해 숄더부로부터 돌출하는 핀부를 갖는 툴을 회전시키면서, 당해 핀부를 피접합재인 서로 겹친 2매 이상의 강판에 압입하고, 당해 강판을 접합하는, 마찰 교반점 접합 방법으로서,
상기 피접합재인 강판 중 적어도 1매가 표층 연질층을 갖고,
상기 툴의 압입 최대 깊이의 연직 방향 위치가, 상기 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족하고, 또한, 상기 툴이 압입 최대 깊이에 도달했을 때에 상기 숄더와 상판이 접촉하는 상태이고,
최고 도달 온도가 850℃ 이하이고,
다음식 (1)의 관계를 만족한다는 것이다.
식 (1) 중,
n은, 접합 조건의 전환 횟수,
Rk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 툴 회전 속도(rpm),
Ak＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 시점에서 k＋1회째의 접합 조건의 전환 시점까지의 툴 압입량(㎜),
Pk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 가압력(N)
이다.
단, R1은 초기 툴 회전 속도(rpm), A1은 초기 접합 조건에서의 툴 압입량(㎜), P1은 초기 가압력(N)으로 한다. 또한, An＋1은, n회째의 접합 조건의 전환 시점에서 툴의 압입 최대 깊이 도달 시점까지의 툴 압입량(㎜)으로 한다.
또한, 상판 및 하판은 각각, 서로 겹친 2매 이상의 강판 중, 최상부에 위치하는 강판 및 최하부에 위치하는 강판으로서,
TL은, 하판의 강판의 판두께(㎜),
하측 맞댐면은, 하판과, 당해 하판에 인접하는 강판의 맞댐면
이다.
또한, 연직 방향 위치는, 기준 위치보다도 상측의 경우를 ＋, 하측의 경우를 －로 한다.
더하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 방법은, 상기의 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트를 얻기(제조하기) 위한 방법이다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트의 제조 방법은, 상기의 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 방법에 의해, 서로 겹친 2매 이상의 강판을 접합한다는 것이다.
더하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트의 제조 방법은, 상기의 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 조인트를 제조하기 위한 방법이다.
피접합재인 서로 겹친 2매 이상의 강판을, 숄더부와 당해 숄더부로부터 돌출하는 핀부를 갖는 툴에 의해 접합한다. 구체적으로는, 툴을 회전시키면서, 툴의 핀부를 피접합재에 압입하고, 강판을 접합한다. 여기에서, 툴은, 특별히 한정되지 않고, 일반적인 것을 사용할 수 있다. 또한, 숄더부 및 핀부의 형상, 예를 들면, 숄더부의 직경(이하, 숄더 지름이라고도 함)이나 핀부의 직경(이하, 핀 지름이라고도 함), 핀부의 길이(이하, 핀 길이라고도 함), 핀 측면의 경사각도 특별히 한정되지 않고, 피접합재가 되는 강판의 강종이나 판두께에 따라서 결정하면 좋다. 예를 들면, 피접합재로서, 표층 연질층을 갖고, 인장 강도가 980㎫ 이상으로, 판두께가 1.6㎜의 강판을 2매 사용하는 경우에는, 숄더 지름은 6.0∼16.0㎜, 핀 지름은 3.0∼8.0㎜, 핀 길이는 2.0∼3.5㎜, 핀 측면의 경사각은 3∼30°로 하는 것이 바람직하다.
또한, 접합 시에는, 피접합재의 하면(툴의 핀부를 압입하는 것과 반대측의 면)에, 뒷받침을 형성한다.
더하여, 피접합재인 강판의 적어도 1매에, 표층 연질층을 갖는 강판을 이용한다. 또한, 표층 연질층의 정의나 두께의 측정 방법 등은 전술한 바와 같다. 또한, 피접합재가 되는 강판이, 접합 전에 표층 연질층을 갖고 있으면, 통상, 접합 후에도 표층 연질층을 갖고 있다고 판단할 수 있다. 추가로, 피접합재인 강판의 설명에 대해서도, 전술한 바와 같다.
그리고, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 마찰 교반점 접합 방법에서는, 이하의 조건을 만족시키는 것이 중요하다.
(d) 툴의 압입 최대 깊이의 연직 방향 위치
툴의 압입 최대 깊이의 연직 방향 위치에 대해서, 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족시키면서, 툴이 압입 최대 깊이에 도달했을 때에 숄더와 피접합재의 상판이 접촉하는(숄더에 의해 피접합재가 압압되어 있는) 상태로 한다. 툴의 압입 깊이의 연직 방향 위치를 적절히 제어함으로써, 재료 유동을 촉진하고, 접합 계면의 최고점을, 보다 높은 위치로 하는 것이 가능해진다. 또한, 숄더와 피접합재의 상판를 접촉시킴으로써, 서로 겹친 강판끼리가 보다 밀착하여, 접합 계면이 강화된다. 또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 툴의 압입 깊이의 연직 방향 위치는, －TL×0.90 이상으로 하는 것이 바람직하다.
(e) 최고 도달 온도
접합 중의 접합부의 최고 도달 온도를 850℃ 이하로 한다. 이에 따라, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차를 80HV 이하로 하는 것이 가능해진다. 최고 도달 온도는, 바람직하게는 830℃ 이하, 보다 바람직하게는 810℃ 이하이다. 또한, 최고 도달 온도는, 바람직하게는 650℃ 이상이다.
여기에서, 최고 도달 온도는, 예를 들면, 이하와 같이 하여 측정한다.
즉, 툴의 내부, 구체적으로는, 접합부와 접촉하는 툴의 핀부 선단 근방에, 열전대를 설치한다. 그리고, 툴 내부의 열전대에 의해, 접합 중의 온도(접합부에서 상승한 온도)를 연속적으로 계측한다. 그리고, 계측한 접합 중의 최고 온도를, 최고 도달 온도로 한다.
(f) 접합 조건의 제어
접합 조건을 적정하게 제어하는, 구체적으로는, 툴 회전 속도, 툴 압입량 및 가압력에 대해서, 다음식 (1)의 관계를 만족시키는 것이 중요하다. 또한, 식 (1)의 좌변을, 이하, E라고도 한다.
식 (1) 중,
n은, 접합 조건의 전환 횟수,
Rk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 툴 회전 속도(rpm),
Ak＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 시점에서 k＋1회째의 접합 조건의 전환 시점까지의 툴 압입량(㎜),
Pk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 가압력(N)
이다.
단, R1은 초기 툴 회전 속도(rpm), A1은 초기 접합 조건에서의 툴 압입량(㎜)(환언하면, 접합 개시 시점에서 1회째의 접합 조건의 전환 시점까지의 툴 압입량(㎜)), P1은 초기 가압력(N)으로 한다. 또한, An＋1은, n회째의 접합 조건의 전환 시점에서 툴의 압입 최대 깊이 도달 시점까지의 툴 압입량(㎜)으로 한다.
또한, 전환을 행하는 접합 조건은, 툴 회전 속도 및 가압력 중 적어도 한쪽으로 한다.
상기식 (1)의 관계를 만족시키는, 즉, E를 41.0 이하로 함으로써, 접합부의 소정 레벨에서의 경도차를 80HV 이하로 하는 것이 가능해진다. 또한, E는, 바람직하게는 40 이하이다. 또한, E의 하한에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, E는 바람직하게는 10 이상이다.
여기에서, n(접합 조건의 전환 횟수)은 0 이상의 정수이면 좋다. 즉, 접합 조건(툴 회전 속도 및 가압력)의 전환은, 임의이고, 행해도, 행하지 않아도 좋다. 또한, n이 0인 경우에는, 초기 접합 조건에서의 툴 압입량인 A1이, 접합 개시 시점에서 툴의 압입 최대 깊이 도달 시점까지의 툴 압입량(㎜)이 된다. 또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, n은 5회 이하가 바람직하다.
또한, 초기 접합 조건, 즉, 1회째의 접합 조건의 전환 전의 접합 조건인 초기 툴 회전 속도 및 초기 가압력은, 최고 도달 온도를 850℃ 이하로 하고, 또한, 상기식 (1)의 관계를 만족시킬 수 있으면, 특별히 한정되지 않고, 피접합재가 되는 강판의 강종이나 판두께에 따라서, 결정하면 좋다. 예를 들면, 피접합재로서, 표층 연질층을 갖고, 인장 강도가 980㎫ 이상으로, 판두께가 1.6㎜의 강판을 2매 사용하는 경우에는, 초기 툴 회전 속도(R1)는 200∼2000rpm으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 초기 가압력(P1)은, 10∼60kN으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 접합 조건을 전환하는 경우에는, 전환 후의 툴 회전 속도를 초기 툴 회전 속도보다도 낮게 하는 한편, 전환 후의 가압력을 초기 가압력보다도 크게 하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 피접합재로서, 표층 연질층을 갖고, 인장 강도가 980㎫ 이상으로, 판두께가 1.6㎜의 강판을 2매 사용하고, n(접합 조건의 전환 횟수)을 1회로 하는 경우, 전환 후의 툴 회전 속도(R2)는 40∼400rpm으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전환 후의 가압력(P2)은, 20∼70kN으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 툴 회전 속도 및 가압력을 전환하는 타이밍은, 예를 들면, 피접합재로서, 표층 연질층을 갖고, 인장 강도가 980㎫ 이상으로, 판두께가 1.6㎜의 강판을 2매 사용하고, n(접합 조건의 전환 횟수)을 1회로 하는 경우에는, 상판의 상면으로부터의 툴(핀부) 압입 깊이(A1)가 0.8∼2.4㎜에 도달한 타이밍으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 접합 시간은 3∼60초로 하는 것이 바람직하다.
또한, 최고 도달 온도는, 외부 열원을 이용하여 조정해도 좋다. 또한, 상기 이외의 조건에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 상법에 따르면 좋다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은, 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적절히 변경을 더하여 실시하는 것이 가능하다. 이들은, 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
표 1에 나타내는 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)의 강을 용제하고, 연속 주조에 의해 슬래브로 했다. 이어서, 슬래브에 열간 압연을 실시하여, 열연 강판을 얻었다. 이어서, 열연 강판에 산 세정을 실시했다. 이어서, 열연 강판에, 냉간 압연 및 어닐링을 실시하여, 냉연 강판(판두께: 1.2∼1.6㎜)을 얻었다. 이어서, 얻어진 강판으로부터, JIS5호 인장 시험편을 압연 직각 방향이 길이 방향(인장 방향)이 되도록 채취했다. 이어서, 채취한 시험편을 이용하여 JIS Z 2241(1998)에 준거한 인장 시험을 행하고, 인장 강도(TS)를 측정했다. 또한, 전술한 방법에 의해, 표층 연질층의 유무의 확인 및, 표층 연질층의 평균 탄소 농도의 측정을 행했다. 결과를 표 1에 병기한다.
또한, 얻어진 강판으로부터 50㎜×150㎜의 시험편을 잘라내고, 표 2에 나타내는 조합으로 십자로 서로 겹쳤다. 또한, 3매 겹침인 경우에는, 상판과 중판을 십자로 서로 겹치고, 중판과 하판은 평행하게 서로 겹쳤다(즉, 후술하는 십자 인장 강도의 측정에서는, 상판-중판 간에서의 십자 인장 강도를 측정함). 이어서, 시험편의 십자 중첩부의 중심으로, 표 2에 나타내는 조건으로 마찰 교반점 접합을 실시하여, 마찰 교반점 접합 조인트를 얻었다.
또한, 툴의 형상은, 숄더 지름: 10㎜, 핀 지름: 4.8㎜, 핀 측면의 경사각: 10°로 하고, 핀 길이는 접합 조건에 따라서 1.8㎜∼4.6㎜로 했다. 또한, 시료 번호 1∼5, 9∼14 및 16∼21에서는, 접합 중, 툴 회전 속도 및 가압력의 전환을 동시에 1회 행했다. 시료 번호 6에서는, 접합 중, 가압력만 전환을 1회 행했다. 여기에서, 툴 회전 속도 및 가압력을 전환하는 타이밍은, 상판의 상면으로부터의 툴 압입 깊이를 기준으로 했다(표 2에 기재된 「전환 시의 툴 압입 깊이」는, 상판의 상면으로부터의 툴 압입 깊이임).
또한, 툴이 압입 최대 깊이에 도달했을 때에, 육안에 의해, 숄더의 외주부와 상판의 접촉 상태를 확인한 결과, 시료 번호 13에서는, 숄더의 외주부와 상판이 접촉하고 있지 않았다. 한편, 시료 번호 13 이외의 것은 모두, 툴이 압입 최대 깊이에 도달했을 때에 숄더의 외주부와 상판이 접촉하고 있었다. 참고를 위해, 도 2에, 시료 번호 13의 마찰 교반점 접합 조인트(환상 홈부를 갖지 않는 마찰 교반점 접합 조인트)의 연직 단면의 개략도를 나타낸다.
이렇게 하여 얻어진 마찰 교반점 접합 조인트에 대해서, 전술한 방법에 의해, 오목부의 최심점의 레벨의 측정, 접합 계면의 최고점의 레벨의 측정, 접합부의 소정 레벨에서의 경도의 측정 및, 환상 홈부의 유무의 확인을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 여기에서, 표 3에 기재된 접합부의 소정 레벨에서의 경도는, No. 1∼9 및 13∼21에 대해서는 연직 방향 위치: ＋TU×0.60으로 측정한 것, No. 10 및 12에 대해서는 연직 방향 위치: ＋TU×0.50으로 측정한 것을 기재하고 있다. 또한, No. 1∼4, 9∼10 및 12∼21에 대해서는 모두, 연직 방향 위치: ＋TU×0.50, 또는, 연직 방향 위치: ＋TU×0.60으로 측정한 경도차가 80HV 이하였다.
또한, 동일한 조건으로 마찬가지의 마찰 교반점 접합 조인트를 작성하고, 이를 이용하여, JIS Z3137에 준거하는 십자 인장 시험을 행하고, 십자 인장 강도를 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 십자 인장 강도가 8.0kN 이상의 경우를 합격으로 한다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 발명예에서는 모두, 십자 인장 강도가 8.0kN 이상이고, 높은 십자 인장 강도가 얻어지고 있었다.
한편, 비교예에서는, 충분한 조인트 강도를 얻을 수 없었다.
1 : 강판
2 : 접합부
3 : 환상 홈부
4 : 미접합 계면
2-1 : 오목부
2-2 : 제1 유동부
2-3 : 제2 유동부
2-4 : 접합 계면
2 : 접합부
3 : 환상 홈부
4 : 미접합 계면
2-1 : 오목부
2-2 : 제1 유동부
2-3 : 제2 유동부
2-4 : 접합 계면
Claims (5)
- 서로 겹친 2매 이상의 강판과, 당해 강판의 접합부와, 당해 접합부의 상면의 환상 홈부를 갖는, 마찰 교반점 접합 조인트로서,
상기 강판 중 적어도 1매가 표층 연질층을 갖고,
상기 접합부는, 오목부와, 당해 오목부에 인접하는 제1 유동부와, 당해 제1 유동부에 인접하는 제2 유동부와, 당해 제1 유동부와 당해 제2 유동부의 경계인 접합 계면을 갖고,
상기 오목부의 최심점의 연직 방향 위치가, 상기 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족하고,
상기 접합 계면의 최고점의 연직 방향 위치가, 상기 강판의 상측 맞댐면을 기준 위치로 하여, ＋TU×0.50 이상이고,
연직 방향 위치: ＋TU×0.50 또는 ＋TU×0.60에 있어서, 수평 방향 위치에서 상기 접합 계면의 위치의 경도와, 상기 접합 계면의 위치＋350㎛의 위치의 경도의 차가, 80HV 이하인, 마찰 교반점 접합 조인트.
여기에서, 상판 및 하판은 각각, 서로 겹친 2매 이상의 강판 중, 최상부에 위치하는 강판 및 최하부에 위치하는 강판으로서,
TU는, 상판의 강판의 판두께(㎜),
TL은, 하판의 강판의 판두께(㎜),
상측 맞댐면은, 상판과, 당해 상판에 인접하는 강판의 맞댐면,
하측 맞댐면은, 하판과, 당해 하판에 인접하는 강판의 맞댐면
이다.
또한, 연직 방향 위치는, 기준 위치보다도 상측의 경우를 ＋, 하측의 경우를 －로 한다. 수평 방향 위치는, 기준 위치로부터의 거리로 한다. - 제1항에 있어서,
상기 표층 연질층의 평균 탄소 농도가, 상기 표층 연질층을 갖는 강판의 성분 조성의 탄소 농도의 80％ 이하인, 마찰 교반점 접합 조인트. - 숄더부와 당해 숄더부로부터 돌출하는 핀부를 갖는 툴을 회전시키면서, 당해 핀부를 피접합재인 서로 겹친 2매 이상의 강판에 압입하고, 당해 강판을 접합하는, 마찰 교반점 접합 방법으로서,
상기 피접합재인 강판 중 적어도 1매가 표층 연질층을 갖고,
상기 툴의 압입 최대 깊이의 연직 방향 위치가, 상기 강판의 하측 맞댐면을 기준 위치로 하여, －0.5㎜ 이하 및, －TL×0.50 이하 중 적어도 한쪽을 만족하고, 또한, 상기 툴이 압입 최대 깊이에 도달했을 때에 상기 숄더와 상판이 접촉하는 상태이고,
최고 도달 온도가 850℃ 이하이고,
다음식 (1)의 관계를 만족하는, 마찰 교반점 접합 방법.
식 (1) 중,
n은, 접합 조건의 전환 횟수,
Rk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 툴 회전 속도(rpm),
Ak＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 시점에서 k＋1회째의 접합 조건의 전환 시점까지의 툴 압입량(㎜),
Pk＋1은, k회째의 접합 조건의 전환 후의 가압력(N)
이다.
단, R1은 초기 툴 회전 속도(rpm), A1은 초기 접합 조건에서의 툴 압입량(㎜), P1은 초기 가압력(N)으로 한다. 또한, An＋1은, n회째의 접합 조건의 전환 시점에서 툴의 압입 최대 깊이 도달 시점까지의 툴 압입량(㎜)으로 한다.
또한, 상판 및 하판은 각각, 서로 겹친 2매 이상의 강판 중, 최상부에 위치하는 강판 및 최하부에 위치하는 강판으로서,
TL은, 하판의 강판의 판두께(㎜),
하측 맞댐면은, 하판과, 당해 하판에 인접하는 강판의 맞댐면
이다.
또한, 연직 방향 위치는, 기준 위치보다도 상측의 경우를 ＋, 하측의 경우를 －로 한다. - 제3항에 있어서,
상기 표층 연질층의 평균 탄소 농도가, 상기 표층 연질층을 갖는 강판의 성분 조성의 탄소 농도의 80％ 이하인, 마찰 교반점 접합 방법. - 제3항 또는 제4항에 기재된 마찰 교반점 접합 방법에 의해, 서로 겹친 2매 이상의 강판을 접합하는, 마찰 교반점 접합 조인트의 제조 방법.
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| KR20170028314A (ko) * | 2014-07-10 | 2017-03-13 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 회전 툴 및 접합 방법 |
| JP7101122B2 (ja) * | 2016-10-31 | 2022-07-14 | 川崎重工業株式会社 | 摩擦撹拌点接合装置及び摩擦撹拌点接合方法 |
| JP2018094618A (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 株式会社フコク | 積層構造接合体および積層構造接合体の製造方法 |
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