JPS6343719A

JPS6343719A - 複合材の製造方法

Info

Publication number: JPS6343719A
Application number: JP18731886A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Nakasuji; 中筋　和行; Chihiro Hayashi; 千博林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1988-02-24
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0749121B2

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、芯材の外側に外層材を被嵌してなる円柱状又
は円筒状の複合材を製造する方法に関する。

〔従来技術〕

複合材としては、例えば良導電層ばね材料の耐食性を改
善するため、その外表面に耐食性のすぐれた材料を被覆
したものである。つまり、良導電性ばね材料がＡ７！、
　　ＡＡ金合金ある場合には、これを腐食環境下でその
まま使用すると腐食するため、その外表面に耐食性に優
れたＴｉ、　Ｔｉ合金等からなる層を被覆するものであ
る。

ところで、円柱状の複合材を製造する場合、その製造方
法としては種々提案されており、ダイスによる伸線加工
を用いる方法（特開昭５８−１０３９２８号）及び静水
圧押出し法を用いる方法（特公昭５４−８１８８号、特
開昭６１−４２４１６号）等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者の方法は、第４図に示す如く内面を清浄化した継目
無被覆管１２内に表面を研磨、脱脂した芯線１１を連続
的に供給して嵌合線となし、冷間にて該嵌合線における
芯線１１を変形させることなく外側の継目無被覆管】２
のみをダイス４０にて外径を絞ることによって、この嵌
合線を連続的に密着、伸線加工する方法である。

しかしながら、この方法による場合は加熱しないので両
相の界面にこれらの拡散層が生成せず、両相は一体物と
なっておらず、接合強度が弱かった。そこで、伸線加工
後に加熱を行うことにより一体物とすることが考えられ
る。しかし、このように加熱して拡散接合を行うと、生
成Ｌ７た金属間化合物が脆いために１−分な接合強度を
得ることができない。

一方、後者の方法は芯材と外層材とを嵌合して静水圧押
出し法により両相を共に延伸させ、接合する方法である
。しかし、この方法による場合も十分な強度で接合でき
ず、また長尺の複合材を製造する場合には延伸比を大き
く設定する必要があり、製造できる複合材の長さに制限
があった。また、製造方ｌノ；が前者の方法に比べて複
雑であり、製造ｍｉス［−がＩＩ′ｌｉ　くなるという
難点があった。

史に、嵌合材を爆発力にて接合する爆着法があるが、こ
の方法による場合には爆薬を用いるために安全性を確保
゛４−る特別な装置を必要とし、製造−１ストが高か−
、た。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされ　たものであり、接
合強度が高い円柱又は円筒状の複合材を低コストで製造
できる方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、芯材の一端側に外層材を拘束、嵌合せしめ、
嵌合材特に外層材を加熱したのち芯材の一端側より外層
材を減肉加工する。

即ら、本発明に斯かる複合材の製造方法は、円柱状又は
円筒状の芯Ｈの外側に外層材を被嵌してある複合材を製
造する方法において、円筒状の外層材を用い″にれを芯
材に装入し°ζ嵌合材を得ると共に、外層材と芯材とが
相対移動しないように嵌合材の一端で機械的又は冶金的
手段にて両者を接合、拘束し、次いで、少なくとも外層
材を加熱し、嵌合材の一端側より外層材を減肉加工し°
ζ芯材に被覆、接合さ−υることを特徴とする。

〔作用］本発明にあっては、嵌合材を加熱したのち減肉加工を行
うので界面に金属間化合物層が生成しても強加工を受け
その層厚さが薄くなる。このため接合強度が高くなる。

また製造方法が簡潔であり、製造−１ストが安い。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明をアノ七ルミルクイプの傾斜圧延機に適
用１−７た場合の実施状態を示す模式図（図中ロール１
．２は第２図のＩ−Ｉ線による断面図としている）、第
２図は第１図の■−■線による正面図、第３図は傾斜角
βを示す側面図であり、図１１１０は嵌合材を示す。

嵌合材１０は、一端部が少し大ｉ子の滑り止め用の拘束
部＋１ａが形成された略円柱状の芯材１１の夕）側に、
それよりも長さが短い筒状の外層材１２を拘束部１１ａ
に当接さ・Ｕて嵌合させた段付円柱材であり、高１７５
波加熱炉２０にて加熱したのｔ３傾斜圧延機４へ軸長方
向（白抜矢符方向）に送給される。

傾斜ＩＪ−延機４はパスライン周りに臨んで３個のＩ」
−ル１．’２．３を有し７ており、ロール】、２゜３は
人々入側より出側に向って漸次大径となっていて、入に
１顛斜部ｌｈ、　２ｈ、　３ｂと、これに続く圧下面角
の大きいロールハンプ部１ａ、　２ａ、　３ａと、出側
のリーリング部、リリーフ部を備えた出口傾斜部ｌｃ、
　２ｃ、　３ｃとが形成されている。このようなロール
ハンプ部１ａ、　２ａ、　３ａを有するロール１．２．
３はいずれもその人ＩＸＩ　ｍ斜部１ｂ、　２ｂ、　３
ｂを嵌合材１０の移動方向−１−流側に位置さゼた状態
とし２、また軸心線Ｙ−Ｙと、ロールハンプ部１ａ＋　
２ａ、　３ａを含む平面との交点Ｏ（以下ロール設定中
心とい・つ）を、嵌合材１０のパスラインＸ−Ｘと直交
する同一平面上にてバスラインＸ−Ｘ周りに略等間隔に
位置せしめるべく配設されている。そして各ロールｌ。

２．３の軸心線Ｙ−Ｙはロール設定中心面りに、嵌合材
１０のパスラインＸ　−Ｘとの関係において第１図に示
すように前方の軸端がパスラインＸ　−Ｘに向けて接近
するよう交叉角γだり交叉（傾斜）せしめられ、１つ第
２図、第３図、に示すように前方の軸端が嵌合材１０の
周方向の同じ側に向けて傾斜角βだけ傾斜せしめられて
いる。ロール１゜２．３は図示しない駆動源に連繋され
ており、第２図に矢符で示す如く同方向に回転駆動され
、これらのロール間に噛み込まれた熱間の嵌合材１０は
その軸心線間りに回転駆動されつつ軸長方向に移動され
る、即ち螺進移動せしめられる。

嵌合材１０はロール間を螺進移動せしめられる間に、第
１図に示すごとく入口傾斜部１ｂ、’２ｂ、　３ｂとロ
ールハンプ部１ａ、　２ａ、　３ａにて外層材１２の外
径を絞られて、外層材１２は例えば最大減面率が８０〜
９０％の高圧下を受け、外層材１２が段付円錐台形状に
成形された後、出口傾斜部１ｃ、　２ｃ、　３ｃにて所
定の外径の円柱状複合材１３となる。

このようなアノセルミルクイブの傾斜圧延機による本発
明の複合材製造方法を次に説明する。

芯材１１は円柱状であって一端部に少し大径の拘束部１
］、ａを形成しており、りＩ層材１２は芯材１１の外径
寸法と同一か又は少し大きい内径を有する筒状である。

斯かる芯材１１の外表面及び外層材１２の内表面を脱脂
、清浄したのぢ、外層材１２の内部に芯＋、ｔ　］　１
を装入して拘束部１．１ａを当接させ、嵌合材１０を得
る。

上記ｌＮ浄は加熱、圧延の際に画材の界面に拡散層を形
成せしめるために行っており、加熱、圧延の際でも拡散
が阻害されないように界面をｌｎ浄に保つようにする。

然る後、嵌合材１０を傾斜圧延機４の送給ラインへ載置
する。送給ラインの傾斜圧延機４より上流側には高周波
加熱炉２０が設けられており、高周波加熱炉２０は嵌合
材１０の外層材１２のみを加熱するように電流が調整さ
れている。嵌合材１０は高周波加熱炉２０へ入ると、こ
こで外層材１２のみが加熱されたのちロール１，２．３
へ噛み込まれ、特に外層材が減肉されて延伸する。この
ときロールハンプ部を有するロール１，２．３を用いて
いるのでフレアリングを防止できる。また、圧下を受け
た外層材は拘束部１１ａにて芯材との相対的な滑りが防
止されているので、外層材が延伸されて、芯材がり１層
材によって被覆されていく。

このため、芯材１１．外層材Ｉ２の夫々の長さと外層材
］２の減肉率とを適当に定めておくことにより、外Ｎ月
１２は芯材１１を全長に亘って被覆することができる。

また、圧下の際、加熱により芯材１１と外層材１２との
界面に生成した金属間化合物層は薄くなり、また外層材
１２が延伸してそれまで裸の芯材１１部分を被い、ロー
ル１．２．３により圧下された外層材１２部分は雨月の
界面で拡散が行われ、薄い金属間化合物層を生成して接
合する。従って製造された複合材１３は全長に亘って接
合強度が高い。

なお、上記実施例ではアノセルミルクイブの傾斜圧延機
を用いているが本発明はこれに限らず、軸対称加工法で
あり、また押出し等のように後方より押圧力をイ・］与
する方式でない加工法であればどのような加工法でも実
施できることは勿論である。

第４図は本発明の他の実施例であり、前回と同一の部分
には同一番号を４１している。

前同様にして得られた嵌合材１０は高周波加熱炉２０に
て夕）層＋、ｔ１２が加熱されてダイス４０．引抜工具
４１とを備えた引抜加工装置へ送給されるようになって
いる。

嵌合材１０は拘束部１１ａが形成された側を先端として
ロータリースエジャ等の口絞り装置にて絞ったのち、そ
の先端部を引抜工具４Ｉにて把持して軸長方向（白抜矢
符方向）に引抜かれながら、ダイス４０にて絞られる。

このとき、外層材１２が延伸して芯材１１を被っていき
、また漸時ダイス４０にて圧下されるので芯材１１と外
層材１２との界面乙こその全長に亘って拡散層及び薄い
金属間化合物層が形成される。

従って、製造された複合材１３は全長に亘って接合強度
が高い。

なお、上記説明では円柱状の複合材を製造しているが、
本発明はこれに限らず円筒状の複合＋４をも製造できる
。但し、この場合は、円筒状の芯材の内側にマンドレル
、プラグ等の内面規制工具を用いてアノセルミルクイブ
の傾斜圧延機、ダイス等により列層材の減肉加工を行う
。

また、」１記説明では高周波加熱炉にてり（層材を加熱
しているが、本発明はこれに限らず、芯材の変形抵抗が
外層材のそれよりも大きい場合には芯材まで加熱するよ
うにし”ζもよく、またこの場合には環状電気炉（エレ
マ炉）を用いて加熱するようにしてもよい。

更に、」、記説明では芯材１１に拘束部１１ａを設けて
機械的に減肉加工の際の芯材とり（層材との相対移動を
防止しているが、本発明はこれに限らす冶金的手段にて
画材を接合、拘束してもよい。

次に、接合強度、界面性状等を実施例に基づいて説明す
る。

（実施例１）芯材：純チタン（ＪＩＳ　２種）、外層材ニアルミ（＋
０７０）の棒状の複合材をアノセルミルクイブの傾斜圧
延機にて製造した場合について述べる。

外ｉ￥：２Ｑ１ｍ、　長さ：　２７５（１＋ｎの芯材用
チタン棒と外径：３２重１．肉厚：　５．７５璽鳳、長
さ：ｓｏｏｍ暑のアルミ管とを脱脂、清浄したのちこれ
らを嵌合し、この嵌合材のアルミ管を５００℃に加熱し
、設定条件として交叉角（ｒ）：５°、イψ斜角（β）
：１０°。

ロール最大部径：　１２０　＊＊、入口伸斜部の面角：
３°。

ロールハフ１部の面角：２０°、ｒＪ−ル材質：　ＳＣ
Ｍ４４０、ロール回転数：　６０ｒｐｍのアノセルミル
クイブの傾斜圧延機にて圧延して外径が２４龍の棒状複
合材を製造した。

そして、製造した複合材の界面性状について調査した。

電子プローブマイクロアナライザー（ＥＴ１Ｍ八）によ
る調査の結果、界面には酸化物が存在せず、また走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ　）による調査の結果では界面に剥
離がなく、拡散層厚は１μｍであった。更に、ジャーに
て切断して界面に剥離が形成されるか否かを調査したが
剥離はなかった。

（実施例２）次に、芯材：銅（Ｃ１１００）　、外層材：純チタン＜
ＪＩＳ　２種）の棒状複合材をアノセルミルクイブの傾
斜圧延機にて製造した場合について述べる。

外径：　２１．５曹１．長さ：　３１００寵の芯材用銅
棒と、外径７３２ｍｍ、肉厚＝５■璽、長さ＝８００Ｉ
Ｉｍのチタン管とを同様にして嵌合し、嵌合材の画材を
共に７５０℃に加熱したのち同条件で圧延して外径が２
１ｍｍの棒状複合材を製造した。なお、外層材、芯材の
減面率は夫々７８．３％、　１６．３％であった。

製造した複合材のせん断強さと界面性状について調査し
た結果、せん断強さについてはＪＩＳ　Ｇ３６０４での
せん断強さの基準値１０　ｋｇ　ｆ　／　ｖａ　２に対
してこれを満足する２１．３ｋｇｆ　７ｗ２であった。

また、界面性状についてはＥＰＭＡの結果では酸化物は
なく、ＳＥＨの結果では剥離はなく拡散層厚は１．３μ
ｍであった。

（実施例３）次いで、ダイスによる引抜加工を用いて、芯材ニステン
レス鋼（ＳＵＳ３０４）　、外層材ニアルミ　＜１０７
０）の棒状複合材を製造した場合について述べる。

外径２０１ｍ、長さ：　２７５０鰭の５ＵＳ３０４棒と
外径：３２璽曹、肉厚：５．７５ｍｍ、長さ：８００ｍ
ｍのアルミ管とを同様にして嵌合し、画材共５００℃に
加熱して引抜加工を行い、クト１￥が２４ｍｍの棒状複
合材を製造した。

このとき芯材の外径は変化しなかった。

そして、製造した複合材の界面性状を調査した結果、Ｆ
、ＰＭＡ調査では酸化物がなく、またＳＥＭの調査では
剥離はなく、拡散層厚は１μ川であった。

ジャー切断にて剥離調査を行ったが異常はなかった。

（実施例４）同しく引抜加工により芯材：　５ＯＳ３０４．外層材ニ
アルミ（１０７０）の円筒状複合材を製造した場合につ
いて述べる。

外径：２０ｍ、肉厚：１．５ｍ■、長さ：２１５０ｗの
５ＵＳ３０４管と外径：３２ｍ、肉厚：　５．７５ｎ、
長さ二８００ｕｓのアルミ管とを同様にして嵌合し、ア
ルミ管のみを５００℃に加熱したのち内面規制工具を５
ＵＳ３０４管内部に挿入してダイスにて引抜加工し、外
径：２４酊、肉厚：２１の円筒状複合材を製造した。こ
のとき、芯材の厚みは変化しなかった。

そして、界面を調査した結果、Ｅｐｈａｍ査では酸化物
がなく、またＳＥＨの調査では剥離はなく、拡散層厚は
１μ耐であった。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明は心材と外層材とを嵌合し、
これを加熱して減肉加工を行うので、界面に薄い金属間
化合物層が形成され剥離がなく、接合強度が高く、また
安全に製造でき、製法が複雑でないので製造コストを低
減できる等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状態を示す模式図、第２図は第１
図の■−■線による正面図、第３図は傾斜角βを示す側
面図、第４図は本発明の他の実施例を示す模式図である
。１．２．３・・・ロール　４・・・アソセルミルクイブ
の傾斜圧延機　１０・・・嵌合材　１１・・・芯材　１
２・・・外層材　１３・・・複合材　２０・・・高周波
加熱炉性　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人
　弁理上　　河　　野　　登　　夫時開！’Ｒ６３−４
３７１９（７）Ｘ　−＞

Claims

【特許請求の範囲】１、円柱状又は円筒状の芯材の外側に外層材を被嵌して
ある複合材を製造する方法において、円筒状の外層材を
用いてこれを芯材に装入して嵌合材を得ると共に、外層材と芯材とが相対移動し
ないように嵌合材の一端で機械的又は冶金的手段にて両
者を接合、拘束し、次いで、少なくとも外層材を加熱し、嵌合材の一端側より外層材を減肉加工して芯材に被覆、接合
させることを特徴とする複合材の製造方法。