[发明专利]钢板的摩擦搅拌接合方法

说明书

技术领域

本发明涉及使钢板软化并产生塑性流动而进行接合的摩擦搅拌接合方法。

背景技术

摩擦搅拌接合是如下所述的技术：通过在金属材料上产生摩擦热使之软化，搅拌该软化了的部位而引起塑性流动，由此将金属材料接合，作为适合铝合金、镁合金等低熔点金属材料(例如：飞机、船舶、火车、汽车等各种零件)的接合的接合技术，正在广泛普及。

低熔点金属材料在利用现有的电弧焊接法进行接合时，其接合部被过度加热，容易产生各种各样的缺陷，因此，通过使用摩擦搅拌接合法能够提高生产性，并且能够形成具有良好的接头特性的接合部。

因此，对摩擦搅拌接合的技术进行了各种各样的研究。

例如，在专利文献1中，公开了如下技术，即，通过使一对金属材料双方或一方旋转，在金属材料上产生摩擦热而使之软化，并且，通过搅拌该软化了的部位而引起塑性流动，由此将金属材料接合。

但是，该技术由于是使金属材料旋转，因此接合的金属材料的形状、尺寸有限度。

另外，在专利文献2中公开了如下所述技术，即，将由比金属材料更硬的材质构成的旋转工具插入金属材料的接合部而使其一边旋转一边移动，由此，金属材料产生摩擦热而软化，并且搅拌该软化了的部位而引起塑性流动，将金属材料接合。该技术不使金属材料旋转，而是使旋转工具一边旋转一边移动，因此，实质上能够将无限长度的金属材料在长度方向连续地接合。另外，是利用了通过旋转工具和金属材料的摩擦而产生的摩擦热和塑性流动的接合技术，不使接合部熔化就可以进行接合，可抑制缺陷的产生。另外，由于接合部的温度为较低的温度，因此还能够抑制变形。

但是，将专利文献2中所公开的技术应用于高熔点的金属材料(例如钢板等)时，难以充分软化，存在不仅施工性差而且不能获得良好的接头特性的问题。

另外，在专利文献3、4中公开了一种旋转工具，其由聚晶立方氮化硼(PCBN)、氮化硅(SiN4)等耐磨损性材料构成，以便在作为建筑物、船舶、重机、管道及汽车等结构物的原材料大量使用的各种钢板中应用摩擦搅拌接合。

但是，由于这些陶瓷较脆，为了防止旋转工具的破损，进行接合的钢板的板厚、其施工条件显著受到限制。

为了将钢板的摩擦搅拌接合实用化，需要解除对板厚、施工条件的限制，达到与现有的电弧焊接法同等优异的施工性。

于是，在专利文献5中公示了一种钢材，其除了C、Mn、P、S之类的基本元素以外，添加Si、Al、Ti作为铁素体稳定化元素，减小了摩擦搅拌接合时的变形阻力。

但是，在钢板的摩擦搅拌接合中，公知的是，由于摩擦而产生的摩擦热和塑性流动不均匀，局部地变化，因此，对接合部的机械特性造成很大的影响，尤其是韧性不均匀(参照非专利文献1)。即，专利文献5中所公开的技术存在不能获得具有均匀的韧性的接合部的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭62-183979号公报

专利文献2：日本特表平7-505090号公报

专利文献3：日本特表2003-532542号公报

专利文献4：日本特表2003-532543号公报

专利文献5：日本特开2008-31494号公报

非专利文献

非专利文献1：焊接学会全国大会后援概要第87集(2010)331

发明内容

本发明的目的在于，提供一种摩擦搅拌接合方法，在对钢板进行摩擦搅拌接合时，防止由于摩擦而产生的摩擦热和塑性流动的局部的变化，能够获得具有均匀且良好的韧性的接合部。

用于解决课题的技术方案

发明者们对通过钢板的摩擦搅拌接合而形成韧性均匀地分布的接合部的技术进行了研究。这时，着眼于通过使TiN等在高温下稳定的微细析出物分散在钢板中而抑制在摩擦搅拌接合时生成的奥氏体晶粒的粗大化的钉扎效果。之所以如此是因为，认为由于钉扎效果而形成微细的奥氏体晶粒，在之后的冷却过程的组织相变中生成的铁素体粒也微细化，由此，能够使接合部的韧性提高并均匀化。

于是，为了在钢板的摩擦搅拌接合中发挥钉扎效果，发明者们对摩擦搅拌接合的施工条件和与其相适应的钢板的成分进行了详细研究。

而且，对于使用旋转工具进行摩擦搅拌接合时的施工条件，获得了如下的见解(a)。