JP2007107039A - Method for modifying alloy formed body and alloy formed body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合金成形体、特に高強度マグネシウム合金成形体の摩擦攪拌による改質方法及び改質された合金成形体に関する。 The present invention relates to a method for modifying an alloy compact, particularly a high strength magnesium alloy compact by friction stirring, and a modified alloy compact.
マグネシウム(Mg)合金は、軽量であるため、航空機、車両などの輸送機用材料、携帯型のパーソナルコンピュータ、携帯電話機などのモバイル機器の筐体用材料として有望とされている。しかしながら、Mgと同様に軽金属元素として知られるチタニウム(Ti)またはアルミニウム(Al)を基材とするTi合金、Al合金に比べると、Mg合金は、比強度が低く、耐食性が劣り、また生産性が劣るという問題がある。 Since the magnesium (Mg) alloy is lightweight, it is promising as a material for a casing of a mobile device such as an aircraft or a vehicle, a portable personal computer or a mobile phone. However, compared to Ti alloys and Al alloys based on titanium (Ti) or aluminum (Al), which are known as light metal elements, like Mg, Mg alloys have lower specific strength, inferior corrosion resistance, and productivity. Is inferior.
そこで、機械的性質に優れるMg合金開発の試みが種々行われており、なかでも有望なMg合金として、Mgを基材とし、亜鉛(Zn)およびイットリウム(Y)を含み強度に優れるMg−Zn−Y合金が提案されている(非特許文献1参照)。しかしながら鋳造したままでは強度が不足しており、そのままでは比強度(強さ/密度)が低いため軽量材料としてMg合金を用いる理由がないという問題がある。 Therefore, various attempts have been made to develop an Mg alloy having excellent mechanical properties. Among them, as a promising Mg alloy, Mg is a base material, and includes Mg (Zn) and yttrium (Y), and has excellent strength. -Y alloy is proposed (refer nonpatent literature 1). However, if cast as it is, the strength is insufficient and the specific strength (strength / density) is low as it is, so there is a problem that there is no reason to use Mg alloy as a lightweight material.
一方、摩擦撹拌接合(Friction Stir welding 以下「FSW」ということがある。)による技術を展開した、合金成形体表面を摩擦攪拌することにより改質するFriction Stir Processが提案されている(以下、摩擦攪拌による改質を「FSP」ということがある)。例えば、特許文献1には、アルミニウム鋳物材の表面に、高速回転するプローブを接触させて摩擦熱にて軟化させる摩擦撹拌溶接処理を施すことを特徴とするアルミニウム鋳物材の表面改質方法が提案されている。 On the other hand, a friction stir process has been proposed in which the surface of an alloy formed body is modified by friction stir (hereinafter referred to as friction stir welding), which is a technique developed by friction stir welding (hereinafter sometimes referred to as “FSW”). The modification by stirring is sometimes referred to as “FSP”). For example, Patent Document 1 proposes a method for modifying the surface of an aluminum casting material, characterized by subjecting the surface of the aluminum casting material to a friction stir welding process in which a probe that rotates at high speed is brought into contact and softened by frictional heat. Has been.
また、特許文献2には、金属材より高融点および高硬度のロッドを回転して前記金属材の表面部を押圧しつつ移動させ、前記金属材の表面部を塑性変形自在となる温度まで加熱すると共に攪拌し、もって前記金属材が冷却後に前記表面部の組織を微細化することを特徴とする金属材の表面改質方法が提案されている。 In Patent Document 2, a rod having a high melting point and high hardness is rotated from a metal material and moved while pressing the surface portion of the metal material, and the surface portion of the metal material is heated to a temperature at which plastic deformation is possible. In addition, a method for modifying the surface of a metal material has been proposed in which the structure of the surface portion is refined after the metal material is cooled.
また、特許文献3及び特許文献4にも、摩擦攪拌によるマグネシウム合金成形体やアルミニウム合金成形体の強度や加工性の向上が提案されている。 Patent Documents 3 and 4 also propose improvements in strength and workability of magnesium alloy compacts and aluminum alloy compacts by friction stirring.
しかしながら、特許文献1〜4に記載の方法は、いずれも、合金成形体の一つの部位に対して、1度だけ、摩擦攪拌する方法であり、改質効果が十分ではなかった。 However, any of the methods described in Patent Documents 1 to 4 is a method in which friction stirring is performed only once on one part of the alloy compact, and the reforming effect is not sufficient.
そこで、改質効果を向上させるための方法が研究されており、非特許文献2には、鋳造マグネシウム合金に対して、摩擦攪拌を一度だけ行った場合と、一部重ね合わせて2度行った場合を比較した結果、撹拌部が重なっている部分において、重なっていない部分と比較してより微細な組織となったこと、摩擦撹拌を受けた試料では、鋳造組織に比べて1.5倍以上の硬さを示すこと、及び、重複して摩擦攪拌した部位においては、より微細に、硬くなることが記載されている。 Therefore, a method for improving the reforming effect has been studied. In Non-Patent Document 2, the cast magnesium alloy was subjected to frictional stirring only once and partially overlapped twice. As a result of comparing the cases, in the part where the stirring part overlapped, it became a finer structure than the part where it did not overlap, and in the sample subjected to friction stirring, 1.5 times or more compared to the cast structure It is described that it exhibits a hardness of 2 and that it becomes harder and finer at the site where frictional stirring is repeated.
一方FSPとは異なるが、FSPの基礎となる摩擦撹拌接合技術、FSWでは、摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合用工具(ツール)が回転動作され、該摩擦撹拌接合用工具(ツール)の肩部(ショルダー)に設けられた突設部(プローブ)が非接合材同士の当接箇所に圧力下埋没される。これに伴って当接箇所の周辺に摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって端面を含む端部同士の肉が塑性流動を起こすことにより、端面同士が接合一体化される。この摩擦撹拌接合用工具(ツール)が、接合しようとする当接線に沿って移動することにより所望の当接箇所全体に亘る接合がなされる。 On the other hand, although different from FSP, in FSW, which is the friction stir welding technology that is the basis of FSP, FSW, a friction stir welding tool (tool) that performs friction stir welding is rotated, and the shoulder of the friction stir welding tool (tool) A protruding portion (probe) provided on the (shoulder) is buried under pressure at a contact portion between the non-joining materials. Along with this, frictional heat is generated in the vicinity of the contact portion, and the end surfaces including the end surfaces cause plastic flow due to the frictional heat, whereby the end surfaces are joined and integrated. The friction stir welding tool (tool) moves along the contact line to be joined, thereby joining the entire desired contact location.
このFSWにおいて、例えば特許文献5に記載されているように、上記プローブの回転方向とプローブの移動方向とが一致した側である前進側(アドバンシングサイド)と、後退側(リトリーティングサイド)では、詳しくは、後述するが、攪拌効果が異なる。 In this FSW, as described in Patent Document 5, for example, on the forward side (advancing side) and the backward side (retreating side) where the rotation direction of the probe coincides with the movement direction of the probe. Details will be described later, but the stirring effect is different.
このように、成形体表面の摩擦攪拌による改質技術は種々提案されており、改質特に硬度、強度の更なる向上が期待されている。 As described above, various techniques for modifying the surface of the molded body by friction stirring have been proposed, and further improvement of the modification, particularly hardness and strength is expected.
本発明は、上記の現状に鑑み、強度のより高い合金成形体を得ることのできる、合金成形体の改質方法、及び、強度のより高い合金成形体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for modifying an alloy compact that can provide an alloy compact with higher strength, and an alloy compact that has higher strength.
本発明者らは、合金成形体の改質において、アドバンシングサイド(Advancing−side)でFSPした後に再度リトリーティングサイド(Retreating−side)になるようにツールの位置をずらせてFSPを行い改質したものは、リトリーティングサイドでFSPした後に再度アドバンシングサイドになるように位置をずらせてFSPを行い改質したものより、硬度が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。 In the modification of the alloy molded body, the FSP is performed by shifting the position of the tool so that it becomes the retreating side again after the FSP is performed on the advanced side (advancing side). As a result, it was found that the hardness was improved compared to the modified product obtained by performing FSP on the retreating side and then shifting the position so as to become the advanced side again, and the present invention was completed.
すなわち、請求項1記載の発明の合金成形体の改質方法は、軸線のまわりに回転するツールの先端部分のプローブを、合金成形体の表面部に圧入し、回転するツールとの摩擦によって合金を加熱して軟化させ、プローブが圧入された状態でツールを回転させてプローブ近傍の合金を撹拌しつつ、合金成形体の表面に平行にツールを移動させ、合金成形体の同一部分において少なくとも2度摩擦撹拌する合金成形体の改質方法であって、先に摩擦撹拌した後、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールの回転方向と前記平行移動方向が逆の側(リトリーティングサイド)で再度摩擦撹拌することを特徴とする。 That is, in the method for reforming an alloy compact according to the first aspect of the present invention, a probe at the tip of a tool rotating around an axis is press-fitted into the surface portion of the alloy compact, and the alloy is formed by friction with the rotating tool. Is heated and softened, the tool is rotated in a state where the probe is press-fitted to stir the alloy in the vicinity of the probe, and the tool is moved in parallel to the surface of the alloy compact, so that at least 2 in the same part of the alloy compact This is a method for modifying an alloy compact that is friction-stirred, and after first friction-stirring, the tool rotation direction and the parallel movement direction are the same side (advancing side), and the tool rotation direction and the parallel movement The friction stir is performed again on the opposite side (retreating side).
請求項2記載の合金成形体の改質方法は、請求項1記載の合金成形体の改質方法において、先に一方向に摩擦撹拌した後、一旦ツールを引き上げて、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールのショルダーの半径以下の一定の間隔をあけてプローブを、合金成形体の表面部に圧入し前記平行移動方向に対し同方向に、合金成形体の表面に平行にツールを移動させることを特徴とする。 The method for reforming an alloy compact according to claim 2 is the method for reforming an alloy compact according to claim 1, wherein after first frictionally stirring in one direction, the tool is once pulled up, A probe is press-fitted into the surface portion of the alloy molded body at a constant interval equal to or smaller than the radius of the shoulder of the tool with respect to the side with the same translation direction (advancing side), and in the same direction as the translation direction. The tool is moved parallel to the surface of the molded body.
請求項3記載の合金成形体の改質方法は、請求項1記載の合金成形体の改質方法において、先に一方向に摩擦撹拌した後、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールのショルダーの半径以下の一定の間隔をあけて前記平行移動方向に対し逆方向に、合金成形体の表面に平行にツールを移動させることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 3 is the method for reforming an alloy compact according to claim 1, wherein after first frictionally stirring in one direction, the rotational direction of the tool and the parallel movement direction are the same side. With respect to (advancing side), the tool is moved in a direction opposite to the parallel movement direction at a predetermined interval equal to or less than the radius of the shoulder of the tool and parallel to the surface of the alloy formed body.
請求項4記載の合金成形体の改質方法は、請求項1記載の合金成形体の改質方法において、先に摩擦撹拌した後、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールのショルダーの半径以下の一定の間隔をあけてツールを、渦巻き状に移動させることを特徴とする。 The method for reforming an alloy compact according to claim 4 is the method for reforming an alloy compact according to claim 1, wherein after the friction stir is performed first, the rotation direction of the tool and the parallel movement direction are the same side (advanced It is characterized in that the tool is moved in a spiral shape with a constant interval less than the radius of the shoulder of the tool.
請求項5記載の合金成形体の改質方法は、請求項4記載の合金成形体の改質方法において、ツールを、合金成形体の表面の中心部から周囲に向かって拡がる渦巻き状に移動させることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 5 is the method for reforming an alloy compact according to claim 4, wherein the tool is moved in a spiral shape extending from the center of the surface of the alloy compact toward the periphery. It is characterized by that.
請求項6記載の合金成形体の改質方法は、請求項4記載の合金成形体の改質方法において、ツールを渦巻き状に移動させることによってできるツールの軸の軌跡である渦が合金成形体の中心部から始まり周辺部に拡がる場合、渦が時計回りの場合は、ツールの回転方向も時計回りとし、渦が反時計回りの場合は、ツールの回転方向も反時計回りとすることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 6 is the alloy compact according to claim 4, wherein the vortex that is a trajectory of the axis of the tool formed by moving the tool in a spiral shape is the alloy compact. When the vortex is clockwise, the tool rotation direction is clockwise, and when the vortex is counterclockwise, the tool rotation direction is also counterclockwise. And
請求項7記載の合金成形体の改質方法は、請求項4記載の合金成形体の改質方法において、ツールを渦巻き状に移動させることによってできるツールの軸の軌跡である渦が合金成形体の周辺部から始まり中心部に進む場合、渦が時計回りの場合は、ツールの回転方向を反時計回りとし、渦が反時計回りの場合は、ツールの回転方向を時計回りとすることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 7 is the alloy compact according to claim 4, wherein the vortex that is a trajectory of the axis of the tool formed by moving the tool in a spiral shape is an alloy compact. When the vortex is clockwise, the tool rotation direction is counterclockwise when the vortex is clockwise, and the tool rotation direction is clockwise when the vortex is clockwise. And
請求項8記載の合金成形体の改質方法は、請求項4記載の合金成形体の改質方法であって、最初に、ツールを、合金成形体の表面の中心部から周囲に向かって拡がる渦巻き状に移動させるにおいて、ツールの軸の軌跡である渦が時計回りの場合は、ツールの回転方向を時計回りとし、渦が反時計回りの場合は、ツールの回転方向を反時計回りとし、続いて最初の渦に隣接する第2の渦として、最初のツールの回転方向を維持したまま、第2の渦を外周から中心方向に渦の回転方向が最初の渦と反対方向である渦を形成させることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 8 is the method for reforming an alloy compact according to claim 4, wherein the tool is first spread from the center of the surface of the alloy compact toward the periphery. When moving in a spiral, if the vortex that is the locus of the tool axis is clockwise, the rotation direction of the tool is clockwise, and if the vortex is counterclockwise, the rotation direction of the tool is counterclockwise, Subsequently, as the second vortex adjacent to the first vortex, the vortex in which the rotation direction of the vortex is opposite to the first vortex from the outer periphery to the center while maintaining the rotation direction of the first tool. It is formed.
請求項9記載の合金成形体の改質方法は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の合金成形体の改質方法において、合金が鋳造合金であることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 9 is the method for reforming an alloy compact according to any one of claims 1 to 8, wherein the alloy is a cast alloy.
請求項10記載の合金成形体の改質方法は、請求項9記載の合金成形体の改質方法において、鋳造合金が高強度マグネシウム合金であることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 10 is the method for reforming an alloy compact according to claim 9, wherein the cast alloy is a high-strength magnesium alloy.
請求項11記載の合金成形体の改質方法は、請求項10記載の合金成形体の改質方法において、高強度マグネシウム合金が、亜鉛及びイットリウムを含むマグネシウム基合金であることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 11 is the method for reforming an alloy compact according to claim 10, wherein the high-strength magnesium alloy is a magnesium-based alloy containing zinc and yttrium.
請求項12記載の本発明の合金成形体は、請求項1〜11のいずれか1項に記載の合金成形体の改質方法によって得られた合金成形体である。 The alloy compact of the present invention according to claim 12 is an alloy compact obtained by the method for reforming an alloy compact according to any one of claims 1 to 11.
以下、本発明の合金成形体の改質方法を詳細に説明する。 Hereinafter, the method for modifying an alloy compact according to the present invention will be described in detail.
本発明で用いられる合金成形体の材質としては、特に限定されることはないが、鋳造合金が好ましく、合金とは2以上の元素を含むものを指し、鋳造合金としては、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等が挙げられ、特に高強度マグネシウム合金が好ましく、高強度マグネシウム合金としては、亜鉛及びイットリウムを含むマグネシウム基合金が特に好ましい。成形体の形状としても、特に限定されず、例えば、板状、棒状、更に複雑な形状等が挙げられる。 The material of the alloy molded body used in the present invention is not particularly limited, but a cast alloy is preferable, and the alloy refers to one containing two or more elements. Examples of the cast alloy include an aluminum alloy, A magnesium alloy, a titanium alloy, etc. are mentioned, A high strength magnesium alloy is especially preferable, and a magnesium base alloy containing zinc and yttrium is particularly preferable as the high strength magnesium alloy. The shape of the molded body is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape, a rod shape, and a more complicated shape.
本発明においてツールとは、特に限定されず被加工材よりも硬く、耐高温性のある材質であればFSWで用いられるツールを用いることができる。ツールは合金成形体を摩擦攪拌するために用いられる回転体であり、その先端部分にプローブを備えているものである。プローブとは、摩擦攪拌に際して、合金成形体の内部に埋入されて、合金成形体を攪拌するものである。ツールのショルダーとは、ツールの肩部のことであり、摩擦攪拌処理に際して合金成形体表面を押圧する面のことである。ショルダーの半径とは、上記押圧面の半径のことをいう。 In the present invention, the tool is not particularly limited, and a tool used in FSW can be used as long as it is harder than a workpiece and has a high temperature resistance. The tool is a rotating body used to friction stir the alloy compact, and has a probe at the tip. The probe is embedded in the alloy compact to stir the alloy compact during frictional stirring. The tool shoulder means the shoulder portion of the tool, and is the surface that presses the surface of the alloy formed body during the friction stir processing. The shoulder radius means the radius of the pressing surface.
本発明においては、合金成形体より高融点および高硬度のツールを回転して合金成形体の表面部に押圧すると、両者の摩擦により合金成形体の表面部が加熱されて軟化する。軟化部分にツールの肩部(ショルダー)に突設された先端部(プローブ)を更に回転させながら埋入し肩部が合金成形体の表面部に当り埋入が一旦とまった段階で、溶融まではしない状態でツールにより摩擦攪拌すると、ツール先端部(プローブ)及び肩部近傍の合金成形体が塑性流動し、組織が微細化される。この状態でツールの位置を合金成形体の表面に沿って移動させると、移動後はツール先端部の埋没されていた空間は塑性流動化した合金で埋められ、摩擦熱源が去ったため冷却され空孔のない均一で微細な組織を得ることができる。 In the present invention, when a tool having a high melting point and a high hardness is rotated from the alloy compact and pressed against the surface portion of the alloy compact, the surface portion of the alloy compact is heated and softened by friction between the two. The tip (probe) protruding from the tool shoulder (shoulder) is inserted into the softened part while rotating further until the shoulder hits the surface of the alloy molded body and the embedding is temporarily stopped. When friction stir is performed with the tool in a state in which the tool is not pressed, the alloy formed body near the tip of the tool (probe) and the shoulder plastically flows, and the structure is refined. When the tool position is moved along the surface of the alloy compact in this state, the space where the tool tip is buried is filled with the plastic fluidized alloy after the movement, and the frictional heat source leaves and is cooled down. It is possible to obtain a uniform and fine structure without any defects.
ツールと合金成形体との相対運動は、何れか一方または双方を移動させることにより行う。ツールと合金成形体の何れか一方または双方を移動することにより、合金成形体の表面部に面積を持って組織を微細化することができる。 The relative motion between the tool and the alloy compact is performed by moving either one or both. By moving either one or both of the tool and the alloy compact, the structure can be refined with an area in the surface portion of the alloy compact.
先述の如くツールは肩部(ショルダー)上に突出した突設部(プローブ)を有する。プローブの長さは、改質処理しようとする合金成形体の厚みの80〜90%が好ましい。塊状の被加工材に対し用いるためには長い方が好ましいが、あまり長すぎても折れやすくなるため、折れない程度の長さのものが用いられる。
摩擦撹拌能はツールの形状(主にショルダー径、プローブ径、プローブ長さ)に依拠し、さらにプローブの形状(円筒か、円錐台か、ねじ状か、異形か、プローブ中心がツール回転軸に対し偏心か)等にも依拠し、さらに運転条件(ツール回転速度、ツール押圧力、移動速度)及び被改質材料の材質、厚さ等にも関係する。
As described above, the tool has a protruding portion (probe) protruding on the shoulder portion (shoulder). The length of the probe is preferably 80 to 90% of the thickness of the alloy compact to be modified. Although it is preferable to use a long workpiece, it is easy to bend if it is too long.
The friction stirrability depends on the shape of the tool (mainly shoulder diameter, probe diameter, probe length), and the probe shape (cylindrical, truncated cone, threaded, deformed, probe center at the tool rotation axis) It also depends on the operating conditions (tool rotation speed, tool pressing force, moving speed) and the material and thickness of the material to be modified.
本発明では、合金成形体の改質において、アドバンシングサイドでFSPした後に再度リトリーティングサイドになるよう位置をずらせてFSPを行い改質する。この方法により、合金成形体の硬度が向上する。位置をずらせる程度は、一定の距離である必要があるが、その距離は、摩擦攪拌がされる距離以内であれば、限定されるわけではないが、ショルダーの半径以下が好ましく、下限はプローブの半径程度である。ショルダーの半径よりも大きくなるとFSPによる撹拌領域間に隙間ができるため好ましくなく、プローブの半径よりも小さいと、FSPの作業時間が長くなり、効率が悪くなる。 In the present invention, in reforming the alloy molded body, after FSP is performed on the advanced side, the position is shifted again so that it becomes the retreating side, and the FSP is performed and modified. By this method, the hardness of the alloy compact is improved. The degree to which the position is displaced needs to be a certain distance, but the distance is not limited as long as it is within the distance where frictional stirring is performed, but is preferably less than the shoulder radius, and the lower limit is the probe. Is about the radius of. When the radius is larger than the shoulder radius, a gap is generated between the stirring regions by the FSP, which is not preferable. When the radius is smaller than the radius of the probe, the working time of the FSP becomes long and the efficiency is deteriorated.
請求項1の合金成形体の改質方法によれば、アドバンシングサイドでFSPした後に再度リトリーティングサイドでFSPを行い改質するので、逆の手順のものに比し硬度が向上する。 According to the method for modifying an alloy compact of claim 1, since FSP is performed again on the retreating side after the FSP is performed on the advanced side, the hardness is improved as compared with the reverse procedure.
請求項2の合金成形体の改質方法によれば、改質に際して、ツールを合金成形体の一方端に接触させて改質を開始し、他方端に達した後に、合金成形体から抜き出し、最初の開始端側に戻して、再び、合金成形体に接触させて改質処理するため単純な繰り返し操作で改質処理できる。 According to the method for reforming an alloy molded body according to claim 2, in the modification, the tool is brought into contact with one end of the alloy molded body to start the modification, and after reaching the other end, the tool is extracted from the alloy molded body, Since the reforming process is performed again by returning to the initial start end side and again in contact with the alloy compact, the reforming process can be performed by a simple repetitive operation.
請求項3の合金成形体の改質方法によれば、改質に際して、ツールを合金成形体の一方端に接触させて改質を開始し、他方端に達した後に、合金成形体から抜き出し、最初の開始端側に戻して、再び、合金成形体に接触させて改質処理するものに比べ、ツールを合金成形体から、抜き出すことなく、連続して改質処理できるので、より効率良く処理できる。 According to the method for reforming an alloy molded body according to claim 3, upon reforming, the tool is brought into contact with one end of the alloy molded body to start reforming, and after reaching the other end, the tool is extracted from the alloy molded body, Since the tool can be continuously reformed without removing the tool from the alloy compact, it can be processed more efficiently than when it is brought back to the initial start end and contacted with the alloy compact again. it can.
請求項4の合金成形体の改質方法によれば、ツールを合金成形体から、抜き出すことなく、また、ツールの回転方向も変えることなく、連続して改質処理できるので、迅速、簡単に一層効率良く処理できる。 According to the method for reforming an alloy molded body according to claim 4, the tool can be continuously reformed without removing the tool from the alloy molded body and without changing the rotation direction of the tool. It can be processed more efficiently.
請求項5の合金成形体の改質方法によれば、ツールを合金成形体から、抜き出すことなく、また、ツールの回転方向も変えることなく、連続して改質処理できるとともに、処理される合金成形体の端の方に1箇所だけ、プローブの抜き跡ができるだけなので、請求項4の効果に加え、更に、改質処理の効率がよい。 According to the method for reforming an alloy compact according to claim 5, the alloy can be continuously reformed and processed without removing the tool from the alloy compact and without changing the rotation direction of the tool. In addition to the effect of the fourth aspect, since the trace of the probe can be made only at one place toward the end of the molded body, the efficiency of the reforming treatment is further improved.
請求項6の合金成形体の改質方法によれば、簡易に短時間に確実に面状に改質ができる。 According to the method for reforming an alloy compact according to the sixth aspect of the present invention, it is possible to easily and reliably modify the surface shape in a short time.
請求項7の合金成形体の改質方法によれば、簡易に短時間に確実に面状に改質ができる。 According to the method for modifying an alloy compact of claim 7, it is possible to easily and reliably modify the surface shape in a short time.
請求項8の合金成形体の改質方法によれば、簡易に短時間に確実に面状に改質ができる。 According to the method for reforming an alloy compact according to the eighth aspect, the surface shape can be easily and reliably reformed in a short time.
請求項9の合金成形体の改質方法によれば、鋳造合金成形体の改質が効果的になされる。 According to the method for modifying an alloy compact according to the ninth aspect, the cast alloy compact is effectively modified.
請求項10の合金成形体の改質方法によれば、高強度マグネシウム合金成形体の改質が効果的になされる。 According to the method for modifying an alloy compact of claim 10, the high strength magnesium alloy compact can be effectively modified.
請求項11の合金成形体の改質方法によれば、亜鉛及びイットリウムを含むマグネシウム基合金成形体の改質が効果的になされる。 According to the method for modifying an alloy compact of claim 11, the magnesium-based alloy compact containing zinc and yttrium is effectively modified.
請求項12の合金成形体は、硬度が高く強度が高められている。 The alloy compact of claim 12 has high hardness and high strength.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の合金成形体の改質方法に用いる表面改質装置を用いて、板形状の合金成形体10を摩擦攪拌処理している状態を示す一例の概略全体斜視図である。図1の表面改質装置において、1は摩擦撹拌接合に用いられる装置と略類似の装置(図示せず)に把持したツール、2はツールの先端部分のプローブである。ツール1は、軸線3のまわりに回転している。ツール1は合金成形体10より高融点および高硬度の材質からなり、例えば工具鋼、超硬、セラミックス等により形成される。本発明においては、ツール1の先端部分のプローブ2を、合金成形体10の表面部10aに圧入し、回転するツール1のショルダー1aとの摩擦によって合金成形体10を加熱して軟化させ、プローブ2が圧入された状態でツール1を引き続き回転させてプローブ2近傍の合金成形体10を撹拌しつつ、合金成形体10の表面に平行にツール1を移動させる。ツール1が移動すると合金成形体が次々と攪拌され、ツールが移動した後の合金成形体表面には、ショルダーの接触によるほぼ円形に近い極浅い窪みを生じ、それらが次々に断続的にずれて重なるため並んだ弧状の瘢痕が残る。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic overall perspective view of an example showing a state in which a plate-shaped alloy molded body 10 is subjected to friction stirring using a surface modifying apparatus used in the method for modifying an alloy molded body of the present invention. In the surface modification apparatus of FIG. 1, 1 is a tool held by an apparatus (not shown) substantially similar to the apparatus used for friction stir welding, and 2 is a probe at the tip of the tool. The tool 1 rotates about the axis 3. The tool 1 is made of a material having a higher melting point and higher hardness than the alloy molded body 10, and is formed of, for example, tool steel, super hard metal, ceramics, or the like. In the present invention, the probe 2 at the tip portion of the tool 1 is press-fitted into the surface portion 10a of the alloy molded body 10, and the alloy molded body 10 is heated and softened by friction with the shoulder 1a of the rotating tool 1, and the probe The tool 1 is moved in parallel with the surface of the alloy compact 10 while the tool 1 is continuously rotated in a state where 2 is press-fitted to stir the alloy compact 10 near the probe 2. When the tool 1 moves, the alloy molded body is stirred one after another, and on the surface of the alloy molded body after the tool moves, an extremely shallow depression almost circular due to the contact of the shoulder is generated, and these are shifted intermittently one after another. Because of the overlap, arcuate scars lined up remain.
図1において、ツール1は、時計回りに回転し、合金成形体10の表面に平行に矢印X方向に移動している。V1とV2はツール1の移動に伴う軸3の軌跡から最も離間する箇所(ショルダー端部における移動方向及び逆方向)の回転方向のベクトル成分である。そして、ツールの回転方向と平行移動方向が同じ側をアドバンシングサイドといい、ツールの回転方向と平行移動方向が逆の側をリトリーティングサイドという。 In FIG. 1, the tool 1 rotates clockwise and moves in the direction of arrow X parallel to the surface of the alloy compact 10. V1 and V2 are vector components in the rotational direction of the portion (the moving direction at the shoulder end and the reverse direction) that is farthest from the locus of the shaft 3 accompanying the movement of the tool 1. The side on which the translation direction and the translation direction of the tool are the same is referred to as an advance side, and the side on which the translation direction is opposite to the translation direction is referred to as a retrieving side.
請求項2の発明では 先に一方向に摩擦撹拌した後、一旦ツールを引き上げて、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールのショルダーの半径以下の一定の間隔をあけてプローブを、合金成形体の表面部に圧入し前記平行移動方向に対し同方向に、合金成形体の表面に平行にツールを移動させる。 In the invention of claim 2, after first frictionally agitating in one direction, the tool is once pulled up, and the tool rotation direction and the parallel movement direction are the same side (advancing side), and the tool shoulder radius is constant or less. The probe is press-fitted into the surface portion of the alloy molded body with an interval of and the tool is moved in the same direction as the parallel movement direction and parallel to the surface of the alloy molded body.
すなわち、先に一方向に摩擦撹拌した後、ツールの回転方向と平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールの回転方向と平行移動方向が逆の側(リトリーティングサイド)で再度摩擦撹拌する。この実施の1手順を具体的に説明すると、図1のようにして摩擦攪拌しながらツール1を合金成形体の端部まで移動させた後、ツールを合金成形体から引き出し、更に、移動前の最初の位置側までツールを移動させる。そして、ツール1を図1に示した矢印Y方向に少し(例えば、プローブ2の半径の2分の1程度からショルダーの半径までの間の距離で)移動させた後、ツール1の先端部分のプローブ2を、再び、合金成形体10の表面部10aに圧入し、先ほどの移動の軌跡に平行にツールを移動させて、先ほど、アドバンシングサイドで摩擦攪拌された部分をリトリーティングサイドで摩擦攪拌する。なお、図1において、この後の方の摩擦攪拌処理の様子を、2点鎖線にて示した That is, after first stirring in one direction, the tool rotation direction and parallel movement direction are the same (advancing side), and the tool rotation direction and translation direction are opposite (retreating side) again. Friction stir. Specifically, one procedure of this implementation will be described. After the tool 1 is moved to the end of the alloy compact while friction stirring as shown in FIG. 1, the tool is pulled out of the alloy compact, and further before the movement. Move the tool to the first position. Then, after moving the tool 1 slightly in the direction of the arrow Y shown in FIG. 1 (for example, at a distance from about one half of the radius of the probe 2 to the shoulder radius), The probe 2 is again press-fitted into the surface portion 10a of the alloy molded body 10, and the tool is moved in parallel with the trajectory of the previous movement, and the part that has been frictionally stirred on the advanced side is friction stir on the retrieving side. To do. In addition, in FIG. 1, the state of the later friction stirring process was shown with the dashed-two dotted line.
請求項3の発明においては、請求項1記載の合金成形体の改質方法において、先に一方向に摩擦撹拌した後、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールのショルダーの半径以下の一定の間隔をあけて前記平行移動方向に対し逆方向に、合金成形体の表面に平行にツールを移動させる。この場合、間隔がツールのショルダーの半径よりも離れると、合金成形体の同一箇所を2回重複して摩擦攪拌し難しくなる。 According to a third aspect of the present invention, in the method for reforming an alloy compact according to the first aspect, after first frictionally stirring in one direction, the rotation direction of the tool and the parallel movement direction are on the same side (advancing side). On the other hand, the tool is moved in parallel with the surface of the alloy formed body in a direction opposite to the parallel movement direction with a certain interval equal to or less than the radius of the shoulder of the tool. In this case, if the distance is larger than the radius of the shoulder of the tool, it becomes difficult to frictionally stir the same portion of the alloy compact twice.
この実施の1手順を具体的に説明する。図2(a)は、この発明において、ツール1が合金成形体10を摩擦攪拌しながら移動することによって、合金成形体10を摩擦攪拌した模式的な平面図である。図2(b)と図2(c)は、ツール1の回転方向及び移動方向を示す平面図である。まず、ツール1が図2(b)に示すように、反時計回りに回転しながら(V3及びV4は、それぞれの位置における回転方向のベクトル成分を示す)矢印X1方向に移動し、合金成形体10が摩擦攪拌されツールのショルダーの瘢痕10bが残る。 One procedure of this implementation will be specifically described. FIG. 2A is a schematic plan view in which the alloy molded body 10 is frictionally stirred by the tool 1 moving while frictionally stirring the alloy molded body 10 in the present invention. FIG. 2B and FIG. 2C are plan views showing the rotation direction and the movement direction of the tool 1. First, as shown in FIG. 2 (b), the tool 1 moves in the direction of the arrow X1 while rotating counterclockwise (V3 and V4 indicate vector components in the rotational direction at the respective positions), and the alloy molded body 10 is friction-stirred, leaving a scar 10b on the shoulder of the tool.
次に、ツール1が矢印Y1方向にツールのショルダーの半径分だけ移動される。次に、ツール1が図2(c)に示すように、上記とは逆方向である時計回りに回転しながら(V5及びV6は、それぞれの位置における回転方向のベクトル成分を示す)、上記移動方向X1に対し逆方向である矢印X2方向に移動し、合金成形体が摩擦攪拌されツールのショルダーの瘢痕10cが残る。上記2方向の摩擦攪拌により、摩擦攪拌が重なる部分10s(図2(a)において、斜線で囲まれた部分。その幅は、L)は、先にアドバンシングサイドで摩擦攪拌され、次いでリトリーティングサイドで摩擦攪拌された部分となる。なお、摩擦攪拌部分10sの表面には、先に摩擦攪拌された部分に残っていたショルダーの瘢痕10bは、後の摩擦攪拌によって消えるので、瘢痕10cが残っている。100は、ツール1が矢印X2方向の合金成形体の端部に達した後、プローブ2が合金成形体から抜き上げられた跡に残る抜き跡である。 Next, the tool 1 is moved in the arrow Y1 direction by the radius of the tool shoulder. Next, as shown in FIG. 2C, the tool 1 rotates in the clockwise direction opposite to the above (V5 and V6 indicate vector components in the rotation direction at the respective positions), and the movement It moves in the direction of the arrow X2, which is the opposite direction to the direction X1, and the alloy compact is frictionally stirred, leaving a scar 10c on the shoulder of the tool. By the friction stirrer in the above two directions, the part 10s where the friction stirrer overlaps (the part surrounded by diagonal lines in FIG. 2 (a). The width is L) is first friction stir on the advanced side and then retreating. It becomes the part which was friction-stirred on the side. It should be noted that the scar 10b on the shoulder left on the friction-stirred portion previously disappears on the surface of the friction-stirring portion 10s, and thus the scar 10c remains. Reference numeral 100 denotes a trace that remains on the trace where the probe 2 is pulled up from the alloy compact after the tool 1 reaches the end of the alloy compact in the direction of the arrow X2.
図2(d)は、上記の操作が更に繰り返されることにより、合金成形体10が連続して摩擦攪拌された状態を示す模式的な平面図である。この図においては、ツールの軌跡及び瘢痕を模式的に表わす。20は、この摩擦攪拌処理に際して移動したツールの軸の軌跡を示すものであり、これは、実際には肉視できるものではない。100は、プローブが合金成形体から抜き上げられた跡に残る抜き跡である。 FIG. 2D is a schematic plan view showing a state in which the alloy molded body 10 is continuously frictionally stirred by further repeating the above operation. In this figure, the trajectory and scar of the tool are schematically represented. Reference numeral 20 denotes a trajectory of the axis of the tool moved during the friction stir processing, which is not actually visible. Reference numeral 100 denotes a trace that remains in the trace where the probe is pulled out from the alloy molded body.
請求項4記載の合金成形体の改質方法は、請求項1記載の合金成形体の改質方法において、先に摩擦撹拌した後、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールのショルダーの半径以下の一定の間隔をあけてツールを、渦巻き状に移動させる。また、請求項5記載の合金成形体の改質方法は、請求項4記載の合金成形体の改質方法において、ツールを、合金成形体の表面の中心部から周囲に向かって拡がる渦巻き状に移動させる。 The method for reforming an alloy compact according to claim 4 is the method for reforming an alloy compact according to claim 1, wherein after the friction stir is performed first, the rotation direction of the tool and the parallel movement direction are the same side (advanced The tool is moved in a spiral shape with a certain distance below the shoulder radius of the tool. The method for modifying an alloy compact according to claim 5 is the method for reforming an alloy compact according to claim 4, wherein the tool is formed in a spiral shape extending from the center of the surface of the alloy compact toward the periphery. Move.
この実施の手順を具体的に説明する。図3(a)は、この発明において、ツール1が合金成形体10を摩擦攪拌しながら移動することによって、合金成形体10が摩擦攪拌された部分を示す模式的な平面図である。なお、ツールの移動によって生ずる瘢痕は、合金成形体の同一部分が重ねて摩擦攪拌される場合は、先の摩擦攪拌によって生じた瘢痕は、後の摩擦攪拌によって消されることになるが、図3(a)においては、先の処理によって生じた瘢痕も消さずに描かれている。また、図3(b)は、ツール1の回転方向を示す平面図である。まず、ツール1が時計回りに回転しながら、合金成形体10の表面の中心部である10eにそのプローブが圧入される。次いで、ツール1を回転させつつ、合金成形体10の表面の中心部10eから周辺部10fに向かって拡がるショルダーの半径に相当する等間隔の渦巻き状に移動させる(具体的には、ツール1の移動に伴う軸の軌跡21が渦巻き状になるように移動させる。なお、図3(a)に描かれた軸の軌跡21は、肉視できるものではない。)。このとき、ツールの移動に伴って摩擦攪拌される合金成形体の部分が常に一部ずつ重なるようにすると、合金成形体10上に先にアドバンシングサイドで摩擦攪拌され、次いでリトリーティングサイドで摩擦攪拌された部分ができる。 The procedure of this implementation will be specifically described. FIG. 3A is a schematic plan view showing a portion where the alloy molded body 10 is frictionally stirred as the tool 1 moves while frictionally stirring the alloy molded body 10 in the present invention. In addition, when the same portion of the alloy molded body is frictionally stirred with the same portion of the alloy formed body, the scar generated by the previous frictional stirring is erased by the subsequent frictional stirring. In (a), the scar generated by the previous process is drawn without being erased. FIG. 3B is a plan view showing the rotation direction of the tool 1. First, while the tool 1 rotates clockwise, the probe is press-fitted into the center portion 10e of the surface of the alloy molded body 10. Next, while rotating the tool 1, the tool 1 is moved in a spiral shape at equal intervals corresponding to the radius of the shoulder expanding from the central portion 10 e to the peripheral portion 10 f of the surface of the alloy molded body 10 (specifically, the tool 1 The axis trajectory 21 accompanying the movement is moved in a spiral shape (Note that the axis trajectory 21 depicted in FIG. 3A is not visible). At this time, if the part of the alloy compact that is frictionally stirred as the tool moves is always partly overlapped, friction stir is first performed on the alloy compact 10 on the advanced side, and then friction is performed on the retreating side. A stirred part is formed.
上記のように、図3は、摩擦攪拌の重なりの程度をツールのショルダーの半径に等しくした場合のものであり、軸の軌跡における渦の巻き幅dが、ツールのショルダーの半径に等しくなっている場合であるが、この重なり部分を適宜調節することにより、合金成形体の重複撹拌領域が先にアドバンシングサイドで摩擦攪拌され、次いでリトリーティングサイドで摩擦攪拌された部分とすることができる。なお、図3(a)においては、渦巻きの開始当初の1巻き程度を除いては、全て、先にアドバンシングサイドで摩擦攪拌され、次いでリトリーティングサイドで摩擦攪拌された部分となっている。 As described above, FIG. 3 shows the case where the degree of frictional stirring overlap is made equal to the radius of the tool shoulder, and the vortex winding width d in the axis trajectory becomes equal to the radius of the tool shoulder. However, by appropriately adjusting the overlapping portion, the overlapping stirring region of the alloy molded body can be made the portion that is first frictionally stirred on the advanced side and then frictionally stirred on the retreating side. In FIG. 3 (a), except for about one turn at the beginning of the vortex, all parts are first frictionally stirred on the advanced side and then frictionally stirred on the retreating side.
図3(c)は、ツールを渦巻き状に移動させる場合の別の例を示すものであり、移動に伴うツールの軸の軌跡22が、蚊取り線香状を呈する場合を示している。100は、プローブの抜き跡である。
また、図3(d)は、上記の蚊取り線香状の軸の軌跡23が合金成形体上に複数形成される場合と、その軌跡が重なっている場合を示している。100は、プローブの抜き跡である。
FIG.3 (c) shows another example at the time of moving a tool spirally, and has shown the case where the locus | trajectory 22 of the axis | shaft of the tool accompanying a movement exhibits a mosquito coil incense. 100 is the trace of the probe.
Moreover, FIG.3 (d) has shown the case where the locus | trajectory 23 of said mosquito coil incense-like axis | shaft is formed in multiple numbers on an alloy molded object, and the case where the locus | trajectory has overlapped. 100 is the trace of the probe.
なお、軸の軌跡が渦巻き状となるように、ツールを移動させる場合、合金成形体が先にアドバンシングサイドで摩擦攪拌され、次いでリトリーティングサイドで摩擦攪拌されるようにするには、ツールの回転方向と、ツールの軸の軌跡である渦の回転方向との間に、次の関係が必要である。
渦が合金成形体の中心部から始まり、周辺部に拡がる場合は、渦が時計回りの場合は、ツールも時計回りになる必要があり、渦が反時計回りの場合は、ツールも反時計回りになる必要がある。また、渦が合金成形体の周辺部から始まり、中心部に進む場合は、渦が時計回りの場合は、ツールは反時計回りになる必要があり、渦が反時計回りの場合は、ツールは時計回りになる必要がある。
In addition, when moving the tool so that the locus of the shaft is spiral, in order to first frictionally stir the alloy compact on the advanced side and then on the retreating side, The following relationship is required between the rotation direction and the rotation direction of the vortex that is the locus of the tool axis.
If the vortex starts at the center of the alloy compact and spreads to the periphery, if the vortex is clockwise, the tool must also be clockwise; if the vortex is counterclockwise, the tool is also counterclockwise Need to be. Also, if the vortex starts at the periphery of the alloy compact and goes to the center, the tool must be counterclockwise if the vortex is clockwise, and if the vortex is counterclockwise, the tool Need to be clockwise.
請求項8記載の合金成形体の改質方法は、請求項4記載の合金成形体の改質方法であって、最初に、ツールを、合金成形体の表面の中心部から周囲に向かって拡がる渦巻き状に移動させるにおいて、ツールの軸の軌跡である渦が時計回りの場合は、ツールの回転方向を時計回りとし、渦が反時計回りの場合は、ツールの回転方向を反時計回りとし、続いて最初の渦に隣接する第2の渦として、最初のツールの回転方向を維持したまま、第2の渦を外周から中心方向に渦の回転方向が最初の渦と反対方向である渦を形成させることを特徴とする。 The method for modifying an alloy compact according to claim 8 is the method for reforming an alloy compact according to claim 4, wherein the tool is first spread from the center of the surface of the alloy compact toward the periphery. When moving in a spiral, if the vortex that is the locus of the tool axis is clockwise, the rotation direction of the tool is clockwise, and if the vortex is counterclockwise, the rotation direction of the tool is counterclockwise, Subsequently, as the second vortex adjacent to the first vortex, the vortex in which the rotation direction of the vortex is opposite to the first vortex from the outer periphery to the center while maintaining the rotation direction of the first tool. It is formed.
図4(a)は、請求項8の具体例を説明する模式的な平面図である。図4(a)において、24は、ツールを渦巻き状に移動させることによってできるツールの軸の軌跡である。最初に向かって左側の渦を形成する。まず、合金成形体10の表面の中心部のSの位置から渦を形成し始め、周囲に向かって拡がる時計回りの渦を形成する。この渦の形成にあたってツールの回転方向を時計回りで行う。続いて最初の渦に隣接する第2の渦として、向かって右側の渦を形成する。この際、ツールの回転方向の時計回りを維持したまま、外周から中心方向に渦の回転方向が、最初の渦と反対方向である反時計回りの渦を形成する。渦の最終のEの位置には、プローブの抜き跡100ができる。この方法は、左右2つの渦を形成するにあたり、ツールの回転方向を変える必要がないという利点がある。 FIG. 4A is a schematic plan view for explaining a specific example of claim 8. In FIG. 4A, reference numeral 24 denotes a trajectory of the tool axis that can be obtained by moving the tool in a spiral shape. A left vortex is formed toward the beginning. First, a vortex starts to be formed from the position of S in the center of the surface of the alloy molded body 10, and a clockwise vortex extending toward the periphery is formed. The tool is rotated clockwise in forming this vortex. Subsequently, a vortex on the right side is formed as a second vortex adjacent to the first vortex. At this time, while maintaining the clockwise rotation of the tool, a counterclockwise vortex is formed in which the rotation direction of the vortex from the outer periphery to the center is opposite to the first vortex. A probe trace 100 is created at the final E position of the vortex. This method has the advantage that it is not necessary to change the direction of rotation of the tool when forming the two left and right vortices.
図4(b)は、請求項8の別の具体例を説明する模式的な平面図である。図4(b)において、24は、ツールを渦巻き状に移動させることによってできるツールの軸の軌跡である。最初に向かって左側の渦を形成する。まず、合金成形体10の表面の中心部のSの位置から渦を形成し始め、周囲に向かって拡がる反時計回りの渦を形成する。この渦の形成にあたってツールの回転方向を反時計回りで行う。続いて最初の渦に隣接する第2の渦として、向かって右側の渦を形成する。この際、ツールの回転方向の反時計回りを維持したまま、外周から中心方向に渦の回転方向が、最初の渦と反対方向である時計回りの渦を形成する。渦の最終のEの位置には、プローブの抜き跡100ができる。この方法は、左右2つの渦を形成するにあたり、ツールの回転方向を変える必要がないという利点がある。 FIG. 4B is a schematic plan view for explaining another specific example of claim 8. In FIG. 4B, reference numeral 24 denotes a trajectory of the tool axis that can be obtained by moving the tool in a spiral shape. A left vortex is formed toward the beginning. First, a vortex starts to be formed from the position of S at the center of the surface of the alloy molded body 10, and a counterclockwise vortex spreading toward the periphery is formed. The tool is rotated counterclockwise when forming the vortex. Subsequently, a vortex on the right side is formed as a second vortex adjacent to the first vortex. At this time, while maintaining the counterclockwise rotation direction of the tool, a clockwise vortex in which the rotation direction of the vortex is opposite to the first vortex from the outer periphery to the center direction is formed. A probe trace 100 is created at the final E position of the vortex. This method has the advantage that it is not necessary to change the direction of rotation of the tool when forming the two left and right vortices.
図4(c)は、請求項8の具体例ではないが、ツールを渦巻き状に移動させる本発明の1実施例である。図4(c)において、24は、ツールを渦巻き状に移動させることによってできるツールの軸の軌跡である。最初に向かって左側の渦を形成する。まず、合金成形体10の外周側のSの位置から渦を形成し始め、中心部に向かって反時計回りの渦を形成する。この渦の形成にあたってツールの回転方向を時計回りで行う。ツールが最初の渦の中心部に達したところで、ツールを向かって右の渦を形成するための中心部に直線的に移動させる。次いで、中心部から外周部にツールを時計回りの渦巻き状に移動させて右側の渦を形成させる。この際、ツールの回転方向は、最初の回転方向と同様の時計回りとする。渦の最終のEの位置には、プローブの抜き跡100ができる。この方法も、左右2つの渦を形成するにあたり、ツールの回転方向を変える必要がないという利点がある。また、抜き跡100が外周部に一つできるだけなので改質処理の効率がよくなる、という利点もある。なお、この方法は、左右の渦が隣り合うところだけ、先にアドバンシングサイド、次いで、リトリーティングサイドの順で摩擦攪拌処理することができない。 FIG. 4C is not a specific example of claim 8, but is an embodiment of the present invention in which the tool is moved in a spiral shape. In FIG. 4C, reference numeral 24 denotes a trajectory of the tool axis that can be obtained by moving the tool in a spiral shape. A left vortex is formed toward the beginning. First, a vortex starts to be formed from the position S on the outer peripheral side of the alloy compact 10, and a counterclockwise vortex is formed toward the center. The tool is rotated clockwise in forming this vortex. When the tool reaches the center of the first vortex, the tool is moved linearly toward the center for forming the right vortex. Next, the tool is moved in a clockwise spiral shape from the central portion to the outer peripheral portion to form a right vortex. At this time, the rotation direction of the tool is clockwise as in the first rotation direction. A probe trace 100 is created at the final E position of the vortex. This method also has the advantage that it is not necessary to change the direction of rotation of the tool in forming the two left and right vortices. Further, since there is only one trace 100 on the outer periphery, there is an advantage that the efficiency of the reforming process is improved. In this method, the friction stir processing cannot be performed in the order of the advanced side first and then the retreating side only where the left and right vortices are adjacent to each other.
図4(d)は、請求項8の具体例ではないが、ツールを渦巻き状に移動させる本発明の1実施例である。図4(d)において、24は、ツールを渦巻き状に移動させることによってできるツールの軸の軌跡である。最初に向かって左側の渦を形成する。まず、合金成形体10の中心側のSの位置から渦を形成し始め、外周部に向かって時計回りの渦を形成する。この渦の形成にあたってツールの回転方向を時計回りで行う。ツールが最初の渦の外周部に達したところで、ツールを向かって右の渦を形成するための中心部に直線的に移動させる。次いで、中心部から外周部にツールを時計回りの渦巻き状に移動させて右側の渦を形成させる。この際ツールの回転方向は最初の回転方向と同様の時計回りとする。渦の最終のEの位置には、プローブの抜き跡100ができる。この方法も、左右2つの渦を形成するにあたり、ツールの回転方向を変える必要がないという利点がある。また、抜き跡100が外周部に一つできるだけなので改質処理の効率がよくなる、という利点もある。なお、この方法は、左右の渦が隣り合うところだけ、先にアドバンシングサイド、次いで、リトリーティングサイドの順で摩擦攪拌処理することができない。 FIG. 4 (d) is not a specific example of claim 8, but is one embodiment of the present invention in which the tool is moved in a spiral shape. In FIG. 4D, reference numeral 24 denotes a trajectory of the tool axis that can be obtained by moving the tool in a spiral shape. A left vortex is formed toward the beginning. First, the vortex starts to be formed from the position S on the center side of the alloy molded body 10, and the clockwise vortex is formed toward the outer peripheral portion. The tool is rotated clockwise in forming this vortex. When the tool reaches the outer periphery of the first vortex, it is moved linearly toward the center for forming the right vortex towards the tool. Next, the tool is moved in a clockwise spiral shape from the central portion to the outer peripheral portion to form a right vortex. At this time, the rotation direction of the tool is clockwise as in the first rotation direction. A probe trace 100 is created at the final E position of the vortex. This method also has the advantage that it is not necessary to change the direction of rotation of the tool in forming the two left and right vortices. Further, since there is only one trace 100 on the outer periphery, there is an advantage that the efficiency of the reforming process is improved. In this method, the friction stir processing cannot be performed in the order of the advanced side first and then the retreating side only where the left and right vortices are adjacent to each other.
図5は、本発明において用いられるツール1の一例と摩擦攪拌による改質時の状態を示す部分断面図である。ツール1は本体の先端部分にプローブ2を有する。プローブ2は、好ましくはツール1の底面中央部(肩部がショルダー1aを形成する)に突出部として設けられる。プローブ2は、合金成形体10に押し込まれて、内部の組織を攪拌する作用を有する。ツールもプローブも形状は、FSWで用いられるものを用いることができ特には限定されないが、円柱状が好ましい。 FIG. 5 is a partial sectional view showing an example of the tool 1 used in the present invention and a state at the time of reforming by friction stirring. The tool 1 has a probe 2 at the tip of the main body. The probe 2 is preferably provided as a protruding portion at the center of the bottom surface of the tool 1 (the shoulder portion forms the shoulder 1a). The probe 2 is pushed into the alloy molded body 10 and has an action of stirring the internal structure. The shape of both the tool and the probe can be the same as that used in FSW, and is not particularly limited, but a cylindrical shape is preferable.
プローブ2の先端部2aは平面でも良いが、攪拌作用を増大するために球面などの曲面としても、また拡径状としても良い。プローブの先端部を拡径とした場合、その拡径はプローブの直径の1.2〜2.0倍程度で良い。また、プローブの先端部に、1つ以上のリング状の膨径部を設けてもよい。 The tip 2a of the probe 2 may be a flat surface, but it may be a curved surface such as a spherical surface or a diameter-expanded shape in order to increase the stirring action. When the tip of the probe is enlarged, the enlarged diameter may be about 1.2 to 2.0 times the diameter of the probe. Moreover, you may provide one or more ring-shaped enlarged diameter parts in the front-end | tip part of a probe.
ツールのショルダー径、プローブ径、プローブ長その他形態要素は改質しようとする合金成形体の種類・性質および稼動条件を勘案して適宜選択される。
改質処理に際しては、プローブ2で合金成形体10の表面部10aが塑性変形自在となる温度まで加熱されると共に攪拌され、合金成形体10が冷却後に摩擦攪拌領域の結晶が微細化され、改質部10gが形成される。
The shoulder diameter, probe diameter, probe length, and other form factors of the tool are appropriately selected in consideration of the type / properties and operating conditions of the alloy compact to be modified.
In the reforming treatment, the probe 2 is heated and stirred to a temperature at which the surface portion 10a of the alloy compact 10 can be plastically deformed, and after the alloy compact 10 is cooled, the crystals in the friction stir zone are refined and modified. A mass portion 10g is formed.
摩擦攪拌による改質領域10gの幅は、ショルダー径、プローブ径、被加工材の材質、摩擦攪拌条件に左右されるが、主にプローブ径に影響される。ショルダー径に比しプローブ径が大きければ、改質領域10gはショルダー1aの下部深くまでショルダー径に近い幅となり、ショルダー径に比しプローブ径が小さければ改質領域10gの幅は狭くなる。 またプローブ長が短ければ、深部の改質領域幅は狭くなる。 The width of the modified region 10g by friction stirring depends on the shoulder diameter, the probe diameter, the material of the workpiece, and the friction stirring conditions, but is mainly influenced by the probe diameter. If the probe diameter is larger than the shoulder diameter, the modified region 10g has a width close to the shoulder diameter deeply below the shoulder 1a, and if the probe diameter is smaller than the shoulder diameter, the modified region 10g becomes narrower. Further, if the probe length is short, the modified region width in the deep part becomes narrow.
図5において、ツールがこの紙面から読者側に向かって動くと仮定すると、向かって右側が、アドバンシングサイドの改質部4となり、向かって左側がリトリーティングサイドの改質部5となる。サイドにより摩擦攪拌効果が異なる。摩擦攪拌処理によって、攪拌される撹拌領域はアドバンシングサイドの改質部4よりもリトリーティングサイドの改質部5の方が多い。 In FIG. 5, assuming that the tool moves toward the reader side from this page, the right side becomes the advanced side reforming portion 4 and the left side becomes the retreating side reforming portion 5. The friction stir effect varies depending on the side. The agitating region to be agitated by the friction stir processing is more in the retreating side reforming section 5 than in the advanced side reforming section 4.
したがってツールの回転軸を1度目と2度目でずらす間隔は上記プローブ径、ショルダー径等の組み合わせの条件により適宜選択され、プローブ径の2分の1〜ショルダー径の2分の1が好ましい。 Accordingly, the interval for shifting the rotation axis of the tool between the first time and the second time is appropriately selected according to the combination conditions such as the probe diameter and the shoulder diameter, and is preferably 1/2 of the probe diameter and 1/2 of the shoulder diameter.
以下に、実施例を挙げて本発明をより詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Mg−Y−Zn合金を溶解し、インゴットにし、120×100×6mmの板材を切り出し、この板材を本発明の改質方法により摩擦撹拌処理した。具体的には、請求項2の方法による、一部重ね合わせた二重ビード(2度攪拌)とした。この重ね合わせの際、アドバンシングサイドで摩擦攪拌処理した部分を後にリトリーティングサイドで攪拌する様に、第1パス(1度目の処理)の後、第2パス(2度目の処理)を第1パスのアドバンシングサイド側に、ツールのプローブ直径(4mm)の1/2(2.0mm)だけずらせて摩擦攪拌処理を行った。さらに、第2パスの後、第3パスを第2パスのアドバンシングサイド側に、ツールのプローブ直径の1/2(2.0mm)だけずらせて摩擦攪拌処理を行った。 The Mg—Y—Zn alloy was melted and made into an ingot, a 120 × 100 × 6 mm plate was cut out, and this plate was subjected to friction stir processing by the modification method of the present invention. More specifically, a partially overlapped double bead (twice agitation) according to the method of claim 2 was used. At the time of this superposition, after the first pass (the first treatment), the second pass (the second treatment) is performed in the first pass so that the portion subjected to the friction stirring treatment on the advanced side is stirred later on the retreating side. Friction stir processing was performed on the advanced side of the path by shifting by 1/2 (2.0 mm) of the probe diameter (4 mm) of the tool. Further, after the second pass, the third pass was shifted to the advanced side of the second pass by 1/2 (2.0 mm) of the probe diameter of the tool, and the friction stir processing was performed.
使用装置及び作業条件は、以下の通りとした。
ツールのショルダーの直径14mm。プローブの長さ3.0mm、直径4.0mm。
プローブ形状は直円柱。ツールとプローブの材質は JIS SKD61。
ツールの回転数750rpm。ツールの合金成形体への摩擦荷重9kN。ツールの移動速度100mm/min。
The equipment used and the working conditions were as follows.
Tool shoulder diameter 14mm. The length of the probe is 3.0 mm and the diameter is 4.0 mm.
The probe shape is a right circular cylinder. The tool and probe material is JIS SKD61.
Tool rotation speed is 750 rpm. Friction load to tool alloy compact is 9kN. Tool moving speed 100 mm / min.
(比較例1)
実施例1で用いた板材と同様の板材で、摩擦攪拌処理をしていないもの。
(比較例2)
摩擦攪拌処理を1回だけ行なった他は、実施例1と同様にして摩擦攪拌処理を行なった。
(Comparative Example 1)
A plate material similar to the plate material used in Example 1 but not subjected to friction stirring.
(Comparative Example 2)
The friction stirring treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the friction stirring treatment was performed only once.
(比較例3)
リトリーティングサイドで摩擦攪拌処理した後に、同じ箇所がアドバンシングサイドになるように位置をずらせて摩擦攪拌処理を行なった他は、実施例1と同様にして摩擦攪拌処理を行なった。具体的には、重ね合わせの際、リトリーティングサイドで摩擦攪拌処理した部分を後にアドバンシングサイドで攪拌する様に、第1パスの後、第2パスを第1パスのリトリーティングサイド側に、ツールのプローブ直径の1/2(2.0mm)だけずらせて摩擦攪拌処理を行った。さらに、第2パスの後、第3パスを第2パスのリトリーティングサイド側に、ツールのプローブ直径の1/2(2.0mm)だけずらせて摩擦攪拌処理を行った。
(Comparative Example 3)
The friction stir processing was performed in the same manner as in Example 1 except that the friction stir processing was performed at the retreating side and then the friction stir processing was performed by shifting the position so that the same portion became the advanced side. Specifically, at the time of superposition, after the first pass, the second pass is set to the retreating side of the first pass so that the portion subjected to the friction stir processing on the retreating side is stirred on the advanced side later. Friction stir processing was performed by shifting the tool probe diameter by 1/2 (2.0 mm). Further, after the second pass, the third pass was shifted to the retreating side of the second pass by ½ (2.0 mm) of the probe diameter of the tool, and the friction stirring process was performed.
(性能評価)
実施例1及び比較例3により得られた合金成形体を、表面に対し垂直方向に裁断し、断面の表面から深さ1.5mmの数点においてビッカース硬さ(Hv)を荷重100gで測定した。2度攪拌された後3度目の熱影響を受けた部分について平均値を求めた。
比較例1においては任意の部分で表面に対し垂直方向に裁断し、比較例2においては摩擦撹拌された部分につき表面に対し垂直方向に裁断し、上記と同様に測定した。
(Performance evaluation)
The alloy compacts obtained in Example 1 and Comparative Example 3 were cut in a direction perpendicular to the surface, and Vickers hardness (Hv) was measured at a load of 100 g at several points at a depth of 1.5 mm from the surface of the cross section. . The average value was determined for the portion that was heat affected for the third time after being stirred twice.
In the comparative example 1, it cut | judged in the orthogonal | vertical direction with respect to the surface in arbitrary parts, and in the comparative example 2, it cut | judged in the perpendicular | vertical direction with respect to the surface about the part stirred frictionally, and measured similarly to the above.
実施例1で得られた合金成形体のビッカース硬さ(Hv)測定結果を、図6に示した。図中、1st passとは第1パスを、3rd passとは第3パスを意味し、1stとは第1パスを、2ndとは第2パスを、3rdとは第3パスを意味する(後述の図7、図8及び図9についても同様である)。この図は、1st pass攪拌部中央からの距離(すなわち、第1パス摩擦攪拌処理時の摩擦攪拌部中央からの距離)と、ビッカース硬さ(Hv)との関係を表わすものである。図中、「2回攪拌され、その後3rd passの熱影響を受けた部分」と記載された両方向矢印で示す範囲(1st pass攪拌部中央からの距離が0〜−2(mm)の範囲)の測定値が、アドバンシングサイドで処理後、リトリーティングサイドで処理された部分のビッカース硬さ(Hv)を表わしている。この部分のビッカース硬さ(Hv)の平均値は121Hvであった。 The Vickers hardness (Hv) measurement result of the alloy molded body obtained in Example 1 is shown in FIG. In the figure, 1st pass means the first path, 3rd pass means the third path, 1st means the first path, 2nd means the second path, and 3rd means the third path (described later). The same applies to FIGS. 7, 8 and 9 of FIG. This figure shows the relationship between the distance from the center of the 1st pass stirrer (that is, the distance from the center of the friction stirrer during the first pass friction stir processing) and the Vickers hardness (Hv). In the figure, a range indicated by a double-headed arrow described as “a portion that has been stirred twice and then subjected to the heat effect of 3rd pass” (the distance from the center of the 1st pass stirring portion is in the range of 0 to −2 (mm)). The measured value represents the Vickers hardness (Hv) of the portion processed on the advanced side and then processed on the retrieving side. The average value of Vickers hardness (Hv) of this part was 121 Hv.
比較例3で得られた合金成形体のビッカース硬さ(Hv)測定結果を、図7に示した。この図は、1st pass攪拌部中央からの距離(すなわち、第1パス摩擦攪拌処理時の摩擦攪拌部中央からの距離)と、ビッカース硬さ(Hv)との関係をみたものである。図中、「2回攪拌され、その後3rd passの熱影響を受けた部分」と記載された両方向矢印で示す範囲(1st pass攪拌部中央からの距離が0〜2(mm)の範囲)の測定値が、リトリーティングサイドで処理後、アドバンシングサイドで処理した部分のビッカース硬さ(Hv)を表わしている。この部分のビッカース硬さ(Hv)の平均は113Hvであった。 The Vickers hardness (Hv) measurement result of the alloy molded body obtained in Comparative Example 3 is shown in FIG. This figure shows the relationship between the distance from the center of the 1st pass stirrer (that is, the distance from the center of the friction stirrer during the first pass friction stir processing) and the Vickers hardness (Hv). In the figure, a measurement of a range indicated by a double-headed arrow described as “a portion that has been stirred twice and then has been affected by heat of 3rd pass” (distance from the center of the 1st pass stirring portion is 0 to 2 (mm)). The value represents the Vickers hardness (Hv) of the portion processed on the advanced side after processing on the retreating side. The average Vickers hardness (Hv) of this portion was 113 Hv.
また、実施例1と比較例3の測定値を一つのグラフにプロットしたものを、図8に示した。図中、no1は実施例1の測定値であり、no2は比較例3の測定値である。 Moreover, what plotted the measured value of Example 1 and the comparative example 3 on one graph was shown in FIG. In the figure, no1 is the measured value of Example 1, and no2 is the measured value of Comparative Example 3.
また、比較例1の合金成形体のビッカース硬さ(Hv)の平均は60Hv、比較例2で得られた合金成形体のビッカース硬さ(Hv)の平均は92Hvであった。 The average Vickers hardness (Hv) of the alloy molded body of Comparative Example 1 was 60 Hv, and the average Vickers hardness (Hv) of the alloy molded body obtained in Comparative Example 2 was 92 Hv.
よって、本発明の改質方法を用いると、ビッカース硬さ(Hv)のより高い合金成形体を得ることができた。 Therefore, when the reforming method of the present invention was used, an alloy molded body having a higher Vickers hardness (Hv) could be obtained.
また、実施例1及び比較例3で得られた合金成形体の表面斜め上から撮った写真を図9に示した。no1が実施例1の写真、no2が比較例3の写真である。図9において、A−side側とはアドバンシングサイド側、R−side側とはリトリーティングサイド側を意味する。 Moreover, the photograph taken from the diagonally upper surface of the alloy molded body obtained in Example 1 and Comparative Example 3 is shown in FIG. no1 is a photograph of Example 1, and no2 is a photograph of Comparative Example 3. In FIG. 9, the A-side side means the advanced side, and the R-side side means the retrieving side.
本発明の合金成形体の改質方法は、合金成形体、特にマグネシウム合金成形体の改質に好適に利用可能である。また、得られた合金成形体は、高強度の工業材料として種々の産業分野で利用可能である。 The method for modifying an alloy compact of the present invention can be suitably used for modifying an alloy compact, particularly a magnesium alloy compact. The obtained alloy compact can be used in various industrial fields as a high-strength industrial material.
1 ツール
1a ショルダー(肩部)
2 プローブ
2a 先端部
3 軸線
4 アドバンシングサイドの改質部
5 リトリーティングサイドの改質部
10 合金成形体
10a 表面部
10b、10c 瘢痕
10e 中心部
10f 周辺部
10g 改質部
10s 摩擦攪拌が重なる部分
20、21、22、23、24 軸の軌跡
100 (プローブの)抜き跡
L 幅
d 軸の軌跡における渦の巻き幅
X、X1、X2、Y、Y1 移動方向
V1、V2、V3、V4、V5、V6 ベクトル成分
1 Tool 1a Shoulder (shoulder)
2 Probe 2a Tip 3 Axis 4 Advanced side modified part 5 Retreating side modified part 10 Alloy molded body 10a Surface part 10b, 10c Scar 10e Center part 10f Peripheral part 10g Modified part 10s Part where friction stir overlaps 20, 21, 22, 23, 24 Axis locus 100 (probe) extraction trace L width d Vortex winding width X, X1, X2, Y, Y1 Movement direction V1, V2, V3, V4, V5 , V6 vector component
Claims (12)
先に摩擦撹拌した後、ツールの回転方向と前記平行移動方向が同じ側(アドバンシングサイド)に対し、ツールの回転方向と前記平行移動方向が逆の側(リトリーティングサイド)で再度摩擦撹拌することを特徴とする合金成形体の改質方法。 The probe at the tip of the tool rotating around the axis is pressed into the surface of the alloy compact, and the alloy is heated and softened by friction with the rotating tool, and the tool is rotated while the probe is pressed. A method of modifying an alloy compact that stirs the alloy near the probe while moving the tool parallel to the surface of the alloy compact and friction stirs at least twice in the same part of the alloy compact,
After friction stirring first, the tool rotation direction and the parallel movement direction are the same side (advancing side), and the tool rotation direction and the parallel movement direction are the opposite side (retreating side). A method for modifying an alloy compact characterized by the above.
An alloy compact obtained by the method for reforming an alloy compact according to any one of claims 1 to 11.
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