JPH02160188A - Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物とＴｉ基合金の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物とＴｉ基合金を摩
擦圧接して接合する方法に関するものである。

［従来の技術］ Ｔ　１−Ａｌ系金属間化合物は、低比重で優れた高温強
度、耐クリープ特性、耐酸化性をもつ物質として存望な
材料である。

しかし塑性変形能が小さいために、塑性加工により複雑
形状部品に成形加工することは非常に困難である。

そこで、切削加工、精密鋳造、恒温鍛造等の方法により
、複雑形状部品を製造する方法が検討されている。

しかしながら、Ｔ　１−Ａｌ系金属間化合物は難削材で
あり、切削加工にて複雑形状部品を製造することは製造
コストが高くつき、素材から製品になるまでの歩留まり
が悪いため不利な点が多い。

精密鋳造は、塑性変形能が小さい場合の有効な成形方法
であるが、異物の混入や収縮孔の発生。

溶解時の炉壁からの不純物の汚染等の問題があり、形状
の複雑化、大型化により難度が増すものである。

恒温鍛造は、素材歩留りの面で有利と考えられるが、Ｔ
ｉ−ＡＪＪ系金属間化合物の高温での変形抵抗が高く、
変形能が小さいことから大きな変形を与えることが難し
く、複雑形状部品の成形には恒温鍛造用金型や離型剤等
を含めた技術的問題点が多い。

これらの問題に対し、複雑形状部品の各部をそれぞれ製
造して摩擦圧接法で接合することにより一体化する方法
が、成形加工する困難さを軽減するための有効な方法で
あり、被接合材の一部をＴｉ基合金とすることによって
、部品に要求される特性を満足する場合には、Ｔｉ−Ａ
ｌ１系金属間化合物とＴｉ基合金を接合することにより
、複雑形状部品を製造することが製造コストの面で有利
な方法である。

しかし、最近Ｔｉ−Ａｆｉ系金属間化合物の開発研究が
盛んに行われるようになったが、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化
合物とＴｉ基合金の摩擦圧接に関する検討は行われてい
ないのが現状である。

［発明が解決しようとする課題］ 摩擦圧接は、主に耐熱鋼や工具鋼などの鋼の接合に用い
られる簡便な接合方法である。

この摩擦圧接とは、機械的エネルギーを利用する溶接法
の１つであり、被溶接部材を突合わせて相対回転運動を
させ、その接触面に発生する摩擦熱を利用して圧接する
方法である。

摩擦の際、開先面の凹凸や酸化膜が破壊され、パリとし
て面外に排出されるため、開先面の前処理は必要としな
いという利点もある。

第３図（ａ）　（ｂ）　（ｅ）は上述の摩擦圧接法の説
明図である。

第３図（ａ）において、摩擦圧力Ｐ１の付与時間、１は
被圧接材で、図の矢印の方向に摩擦圧力Ｐ１を例えば油
圧シリンダー（図示なし）により付与され、２は別の被
圧接材でモーター（図示なし）により回転を付与される
。３．４は軸受である。

この間被圧接材１は回転防止装置（図示なし）により回
転静止している。

第３図（ｂ）において、アプセット圧力Ｐ２付与時間、
例えば油圧シリンダー（図示なし）により、被圧接材１
は、図の矢印の方向にアプセット圧力Ｐ２が、モーター
（図示なし）により付与される。

この間被圧接材２はブレーキ装置（図示なし）により、
回転静止している。

第３図（ｅ）は、摩擦圧力Ｐ１及びその付与時間１１、
及びアプセット圧力Ｐ２及びその付与時間ｔ２を示した
図である。

しかし、Ｔｉ−Ａｌ）系金属間化合物のような脆い素材
を摩擦圧接法により接合するときには、接合部付近に大
きなせん断応力や圧縮応力が負荷されるため、素材が割
れる可能性が大きい。

また、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物は、高温強度が高く変
形能が小さいため、摩擦圧接時に加熱され、接合部から
吐き出されるように変形しながら形成されるパリに割れ
が発生し、その亀裂が素材内部まで入ってしまう等の問
題があった。

即ち、本発明は上述のような問題点を解決するためのＴ
ｉ−Ａｌ１系金属間化合物とＴｉ基合金を摩擦圧接法に
よる接合方法を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る接合方法は、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の
優れた特性を生かした複雑形状部品をＴｉ基合金との接
合により、製造コスト低減、製造上の問題点を解決する
ため、部品の各部を摩擦圧接にて接合するものであり、
接合するに当たりての条件を、 摩擦圧力　　　　　Ｐ　ｌ：　１〜６　ｋｇｆ／ｍｅ２
摩擦圧力の付与時間ｔ１　：１〜４　ｓｅｃアプセット
圧力　　Ｐ　　：　１０　ｋｇｆ／ｓ＋ａ２以下の範囲
とすることにより良好な接合状態が得られる摩擦圧接法
による接合方法である。

また必要により、その後の組織安定化熱処理により、熱
影響部の劣化が防止され良好な接合状態が得られる接合
方法である。

尚、本願発明で対象とするＴ　１−Ａｌ系金属間化合物
及びＴｉ基合金である。

Ｔｉ−Ａｌ１系金属間化合物については、具体的にはＴ
ｉＡ１．ＴＬ　　ＡＩ、Ａｌ３Ｔｉ、Ｔｉ、。

ｃｈＴ　ｉＡ　Ｒ（Ｔ　ｔ　Ａ　ＩＩの化学組成よりも
Ｔｉ量が多く、その主体はＴ　ｉ　Ａｌから成るもの）
、１、１ｃ　ｈ　Ｔ　ｉＡ　Ｉ　　（Ｔ　ｉＡ　Ｄの化
学組成よりもＡｌ量が多く、その主体はＴｉＡｊｌから
成るもの）、ＴｉｒｉｃｈＴｉ　　ＡＤ　　（Ｔｉ３Ａ
ＩＩの化学組成よりもＴｉｊｌが多く、その主体はＴ　
ｉａ　Ａ　１から成るもの）、ＡＭ　　　Ｔｉ　　Ａｎ
　　（Ｔｉ３Ａｌの化学組ｒｉｃｈ　　　　　３ 成よりもｌ量が多く、その主体はＴ　ｉａ　Ａ　Ｒから
成るもの）１等のＴｉとＡｆｌを主要な組成元素とする
化合物である。

またＴｉ基合金については、既存のＴｉ基合金テアリ、
具体的ニハ、Ｔｉ−６Ａｉｌ−４Ｖ合金。

ＴｉＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４２ｒ−２合金。

Ｔ　１−６Ａｆ！−２Ｓｎ−４Ｚ　ｒ−６Ｍｏ合金。

Ｔ　ｔ−６Ａｊ−６Ｖ−２Ｓｎ合金、Ｔｉ−８Ａｇ−Ｉ
　Ｍ　ｏ　−Ｉ　Ｖ合金、Ｔｉ−５Ａｌ−２，５Ｓｎ合
金、Ｔｉ−３ＡｊＪ−２，５Ｖ合金、Ｔｉ−１０Ｖ−２
Ｆｅ−３Ａｌ合金、Ｔｉ−５Ａ、７７−２Ｓｎ７７−２
Ｓｎ−２Ｚｒ−４合金、Ｔｉ−１５Ｖ３Ｃｒ−３Ｓｎ−
３Ａｊ１合金等を対象とする合金である。

［作用］ 本発明におけるＴｉ−Ａｌ７系金属間化合物とＴｉ基合
金の摩擦圧接は、ＴＬ−Ａｌ系金属間化合物の優れた特
性を生かした複雑形状部品を製造する場合に、Ｔ　１−
Ａｌ系金属間化合物の加工性が悪いこと、溶解、鋳造に
関する技術的問題が多いことから、一部をＴｉ基合金と
して摩擦圧接法にて接合して一体化することにより、技
術的問題点を解決し更に製造コストの軽減をもたらすも
のである。

本発明のＴ　１−Ａｌ１系金属間化合物とＴｉ基合金の
良好な接合状態が得られる、摩擦圧接条件の範囲を定め
た理由を以下に述べる。

摩擦圧力Ｐ　が１ｋｇｆ／鶴２よりも小さいと摩擦面の
温度が上昇しないために接合せず、６ｋｇｆ／龍２を越
えると、摩擦圧力Ｐ　が強すぎるために、■ 主にＴｉ−Ａｆｉ系金属間化合物の接合部に割れが発生
する。このため摩擦圧力Ｐ１の範囲を、１〜６　ｋｇ　
ｆ７．１２とした。

アプセット圧力Ｐ２は、原則的に摩擦圧力Ｐ１より大き
な値をとるが、１０　ｋｇ　ｒｉｍｓ　２を越えると”
ｒｔ１合金側及びＴｉ−Ａｌ系金属間化合物に割れが発
生する。このためアプセット圧力Ｐ２を１０ｋｇｒ／ｍ
膳２以下とした。

尚アプセット圧力Ｐ２の下限については、摩擦圧力Ｐ　
の下限値と同じ１ｋｇｆ／關２とすることが■ 望ましい。

また摩擦圧力Ｐ　の付与時間１１が１　ｓｅｃより少な
いと、摩擦面の加熱が十分でないため接合せず、４　ｓ
ｅｃを越えると、熱影響部が劣化するため強度が低下す
る。

このため摩擦圧力の付与時間ｔ１を１〜４　ｓｅｃとし
た。

また必要に応じて、接合部及びその近傍の熱影響部の組
織安定化のため、熱処理を施すことにより、熱影響部に
よる劣化が防止され、良好な接合強度が得られる。

次に本発明の実施例を述べる。

［実施例］ （実施例１） Ｔ　１−Ａｌ系金属間化合物の一つであるＴｉＡｌを鋳
造し、これより直径１０關φ丸棒を準備し、この丸棒と
Ｔ　１−６Ａｌ　−４Ｖ合金の直径１０ｍｍφ丸棒をブ
レーキ法摩擦圧接機に装着し、平面同士を突合わせ、摩
擦圧接条件として摩擦圧力Ｐ　、摩擦圧力の付与時間ｔ
　、アプセット圧１　　　　　　　　　　　［ 力Ｐ２を夫々変化させて、Ｔ　ｉ　Ａ、１７対Ｔｉ−６
１−４Ｖ合金の摩擦圧接による接合試験を行った。

この時の回転数は１２００．３０５０．３６００ｒｐｍ
の３条件とし、アプセット時間ｔ２は５　ｓｅｃとした
。

その後一部を組織安定化のため、９５０℃加熱１０分間
保持後空冷する熱処理を施した。

これらの接合部断面の光学顕微鏡観察、及び接合部の引
張試験を行い、接合状態を評価した。

第１表に各摩擦圧接条件と接合状態との関係を示した。

本実施例では、いずれも良好な接合状態であり、接合部
断面の割れは観察されていなかった。

また接合部の引張強度も、４０ｋｇｆ／ｕ＋２以上あり
、接合部の劣化はない。

しかし比較例で示したように、摩擦圧力Ｐ１が１ｋｇｆ
ｌＩＩ１１２より小さい場合（魔１３）や、または摩擦
圧力の付与時間ｔ１が１　ｓｅｃより短い場合（魔１４
）には接合しない。

１部の接合面に最も近い部分であった。

また、本発明の実施例での組織安定化熱処理を施したｆ
ｌＪ（胤１Ｏ−１２）では、引張強度が４０ｋｇｒ／ｍ
ｍ２以上の良好な接１合状態であるが、比較例で摩擦圧
力の付与時間ｔ１が４　ｓｅｃを越えた場合（ｆｉｌｌ
ｌｇ）は、組織安定化熱処理を施しても引張強度は低い
状態のままである。

や、アプセット圧力Ｐ　が１０　ｋｇ　ｒｈｍ　”を越
える場合（ＮｌｌＬ１７）には、金属間化合物Ｔ　ｉ　
Ａｌの接合部に割れが発生し、特にアプセット圧力Ｐ２
が１０　ｋｇｒ／ａｍ２’Ｉｒ越エル場合（ｋ１７）　
ニハ、Ｔｉ−６Ａ１−４Ｖ合金側にも割れが発生した。

また摩擦圧力の付与時間ｔ１が４　ｓｅｃを越える場合
（ｋｌＢ、１Ｂ　’）は、発熱により温度が上昇し過ぎ
るため、接合部及び熱影響部のミクロ組織が変化し、特
にＴｉ基合金側の熱影響部で結晶粒が粗大化し、引張強
度が低下した。

引張試験時の破断位置は、Ｔｉ基合金側の熱形（実施例
２） 接合面を凸型、凹型に加工して、 １１ｔＭ圧力Ｐ　ｌ：　２）ｔｇｉ’／＋ｎ２摩擦圧力
の付与時間ｔ　　：４ｓｅｃ アプセット圧力　　Ｐ２：４ｋｇｆ／ｍｍ２の摩擦圧接
条件にて摩擦圧接した例を第２表に示す。

接合面の加工は、Ｔｉ　−６ＡＪ　−４Ｖ合金に対して
は第１図（ａ）、（ｂ）に示す凸面Ａ、Ｂに加工し、Ｔ
　ｉ　Ａｌに対しては第２図（ａ）、（ｂ）に示す凹面
Ａ、Ｂに加工した。

これらの一部を組織安定化熱処理（９５０℃ＸＩＯ■１
ｎＡＣ）を施し、全ての接合例での引張強度を測定した
。

接合部の形状を変化させたため、パリ形状が改善され、
第２表に示すような組合わせで、いずれり場合も良好な
接合強度が得られた。

第２表 棒とＴ　ｉ　−６Ａｆｉ−４Ｖ合金の直径１０ｍｍφ丸
棒の円断面同士を真空ろう付して接合し、その後の接合
面の引張強度を求めた。

ろう材及びろう付温度、ろう付時間と接合面の引張強度
の関係を第３表に示す。

Ｔ　ｉ　ＡＩＩとＴ　１−６Ａｌ　−４Ｖ合金ハロう付
により接合するが、その接合強度は本発明の摩擦圧接に
よる接合方法に比べ、１／２以下の低いレベルである。

第　　３　　表 ＊印は組織安定化処理＜　９５０℃ｘ　１０ｍ１ｎＡＣ
）を施したことを示す。

（実施例３）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
以上の実施例１，２の接合面は機械加工にて仕また比較
例として、Ｔ　ｉ　ＡＩＩの直径１０諷璽φ丸　　上げ
たが、研磨、ショツトブラスト、酸洗、表面処理等によ
って接合面を仕上げても、本発明によって接合できる。

［発明の効果］ 本発明のＴｉ−Ａｌ系金属間化合物とＴｉ基合金の接合
方法によれば、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物とＴｉ基合金
の接合が摩擦圧接を用いることにより容易に可能となり
、Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物の優れた特性を生かした複
雑形状部品を製造する場合に、摩擦圧接法により、部品
の各部を接合して一体化することにより、製造上の問題
点を軽減し、製造コストを下げる等の効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例である実施例２
におけるＴｉ基合金の供試材の接合面（凸面Ａ。 Ｂ）の模式図、第２図（ａ）　（ｂ）は同じ〈実施例２
におけるＴｉ−Ａｌ１の供試材の接合面（凹面Ａ、Ｂ）
の模式図、第３図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は摩擦圧接法
の説明図である。 図において、１，２は被圧接材、３，４は軸受。 Ｐ　は摩擦圧力、Ｐ２はアップセット圧力、ｔ１は摩擦
圧力付与時間、ｔ２はアップセット圧力付与時間である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｔｉ−Ａｌ系金属間化合物とＴｉ基合金を 摩擦圧接して接合するに際し、 摩擦圧力Ｐ＿１：１〜６ｋｇｆ／ｍｍ＾２ 摩擦圧力の付与時間ｔ＿１：１〜４ｓｅｃ アプセット圧力Ｐ＿２：１０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以下の条
   件を施すことを特徴とするＴｉ−Ａｌ系金属間化合物と
   Ｔｉ基合金の接合方法。