JP2005288543A - 金属材の接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1ステップにおいて、2つの金属材料の結晶組織に組織制御を行い、金属材の平均結晶粒径を10μm以下に微細化する。これにより、金属材料の結晶組織は微細粒化され、高強度かつ高靭性の金属材料を得ることができる。次に、第2ステップにおいて摩擦攪拌接合を行う。これにより、溶融溶接による接合に比べて微細粒化した結晶粒を粗大化させず、接合部の強度を維持して、金属材料を接合することができる。
【選択図】 図1
Description
よって、溶融溶接による接合に比べて接合部の強度を損なわずに接合することができる。
まず、本実施形態に係る金属材料の接合方法の大まかな流れを説明する。図1は、本実施形態に係る金属材料の接合方法の流れを示したフロー図である。図1に示すように、本実施形態においては、第1ステップにおいて、2つの金属材料の結晶組織に組織制御を行い、金属材の平均結晶粒径を10μm以下に微細化する。これにより、高強度かつ高靭性の金属材を得ることができる。なお、平均結晶粒径には、切片法によって求められる結晶粒の平均切片長さを用いることができる。
図2は、本発明の第1ステップにおいて行われる繰り返し重ね接合圧延を示した説明図である。この方法では、板状の金属材の表面に脱脂、ワイヤーブラッシング等の表面処理を行い、金属材表面を清浄化する(図2(a))。次に、表面を清浄化した複数の金属材を重ね合わせて積層する(図2(b))。図2の例では、2枚の金属板が積層され、元の金属材と同じ長さで2倍の厚さに積層されている。そして、この重ね合わせた金属材料を冷間圧延等により接合して圧延する(図2(c))。図2の例では50%圧延が行われ、重ね合わせる前の金属材と同じ厚さで2倍の長さにされる。その後、この接合圧延した金属材を切断して複数の金属材とする(図2(d))。図2の例では、接合圧延した金属材は2等分され、重ね合わせる前の金属材と同じ長さと厚さの板状材とされる。そして、上記図2(a)〜(d)のステップを複数サイクル繰り返すことにより、結晶粒が微細化された金属材を得ることができる。
図2に示す繰り返し重ね接合圧延を用いて、結晶粒が数百nm〜数μm程度に微細化された金属材を作製した。金属材はAl(JIS 1050、300×50×2mm、H24材)の板材を用いた。図2(a)〜(d)のステップを5サイクル行った。
比較実験として、結晶粒の微細化を行ったAlからなる金属材のTIG溶接を行った。裏波溶接ではあるが、裏面にたれ落ちないように比較的小入熱で溶接を行った。溶接条件は、AC150A,1000mm/minとした。
引張試験は室温,1mm/minの条件で行った。試験片は接合部が中央に来るように、接合方向に垂直に切り出した。
おける結晶粒を示した図である(TEM像)。図6より、超微細材の方が攪拌部においても結晶粒径が小さいことがわかる。これが超微細粒材の方の強度が高かった原因であると考えられる。
実験例1と同様に、繰り返し重ね接合圧延により、結晶粒が数百nm〜数μm程度に微細化された金属材を作製した。金属材はCu(無酸素銅、300×50×2mm、1/4H材)の板材を用いた。図2(a)〜(d)のステップを3サイクル行った。
2…接合部
10…回転ツール
11…ピン部
12…ショルダー部
Claims (8)
- 2つの金属材に組織制御を行い、金属材の平均結晶粒径を10μm以下に微細化する第1ステップと、
前記組織制御された2つの金属材を接合部において突き合わせ、該接合部に棒状の回転ツールを挿入し、前記接合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、前記2つの金属材を接合する第2ステップと、
を備えたことを特徴とする金属材の接合方法。 - 前記第1ステップは、表面を清浄化した複数の板状の金属材を積層するステップと、該積層した金属材を圧延して接合するステップと、該接合圧延した金属材を切断して複数の金属材とするステップと、を複数サイクル繰り返すことにより金属材の組織制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の金属材の接合方法。
- 前記2つの金属材は、回復型の材料である、請求項1又は2に記載の金属材の接合方法。
- 前記2つの金属材は、Alを主成分とすることを特徴とする請求項3記載の金属材の接合方法。
- 前記2つの金属材は、Cuを主成分とする、請求項5記載の金属材の接合方法。
- 前記2つの金属材は、再結晶型の材料であり、不純物を0.05重量%以上含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属材の接合方法。
- 前記2つの金属材は、Cuを主成分とする請求項7に記載の金属材の接合方法。
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