摩擦壓焊方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合對金屬構件彼此進行接合的摩擦壓焊方法。
【背景技術】
[0002] 作為對金屬構件彼此進行接合的方法之一，提出了摩擦壓焊。摩擦壓焊是使成為 被接合材的金屬構件的接合面彼此接觸，一邊對該接合面進行加壓一邊使其機械地相對運 動，將產生的摩擦熱作為加熱源進行壓焊的方法。
[0003] 關于構件的相對運動，例如有以與接觸面垂直的軸為中心的旋轉運動及與接觸面 平行的方向的往復運動等。摩擦壓焊由于不利用通電加熱，所以不需要大型的電源設備，可 用比較簡單的設備得到尺寸精度高的制品。因此，適用于實施了精加工的部件的接合等。此 外，與一般的焊接不同，還可進行異種金屬材料間的接合，因而應用領域廣。因此，已在汽車 用的閥門等多種精密機械部件等中應用。
[0004] 摩擦壓焊中，加熱到接近金屬構件的熔點，利用接合面附近的塑性流動所產生的 密合性是必要的。因此，在接合面附近容易產生變形，此外金屬構件的熱影響區(qū)擴大，在強 度或材料特性方面產生不良影響。因此提出了作為控制金屬構件的熱影響的方法的多種方 法。
[0005] 專利文獻1中公開了在摩擦壓焊熱容量不同的金屬構件時，在金屬構件之間插入 作為旋轉體的嵌入件，分別對兩構件進行溫度控制，同時使嵌入件旋轉而進行摩擦接合的 方法。在專利文獻1的摩擦壓焊方法中，可通過嵌入件來對一對金屬構件進行接合。
[0006] 專利文獻2中為謀求接合溫度的低溫化，提出了通過摩擦壓焊法將液相擴散接合 中所用的非晶質合金箱（釬焊用釬料）預先與金屬構件接合。也就是說，成為一次接合的 摩擦壓焊可在釬料（非晶質金屬箱）的熔點以下的溫度下進行，成為二次接合的液相擴散 接合（釬焊）可在釬料（非晶質金屬箱）的熔點左右的溫度下進行。因此，與通常的摩擦 壓焊相比可低溫化，因而變形量小，能夠減小金屬構件的熱影響區(qū)?？墒牵瑢＠墨I2的方 法本質上是對金屬構件進行液相擴散接合，不是摩擦壓焊。
[0007] 現有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本特開2009-101374號公報
[0010] 專利文獻2:日本特開2006-159212號公報
[0011] 非專利文獻
[0012] 非專利文獻1 :久曾神他"關于碳鋼的摩擦壓焊的研究"1976年4月1日日本機械 學會論文集（C編）P1406~1414

【發(fā)明內容】

[0013] 發(fā)明要解決的問題
[0014] 在成為被接合材的金屬構件的接合面中存在氧化物（包含自然氧化膜，起因于母 材的金屬氧化物。以下簡稱為氧化物。）。在進行摩擦壓焊這樣的固相接合時，從接合面除 去氧化物是重要的。因為如果在接合界面中殘留氧化物，則該部分成為缺陷，使接合強度下 降。另外，因為還有氧化物成為裂紋的發(fā)生源，使斷裂韌性顯著劣化的顧慮。
[0015] 在通常的摩擦壓焊中，接合面附近因高溫化而軟化。因此，在進行壓焊時，該軟化 區(qū)產生塑性流動，連氧化物一齊向構件的外部擠出。其成為毛刺。通過該塑性流動除去氧 化物，使純凈的金屬面彼此密合，可以得到無缺陷的接合材。
[0016] 可是，為了擠出氧化物，有必要產生足夠量的塑性流動。因此，需要增加熱量輸入 量，盡量達到高溫。由于金屬構件的尺寸越大塑性流動量越增加，因此熱量輸入量增大。
[0017] 例如在為鋼時，為了確保足夠量的塑性流動，提高接合強度，最高到達溫度達到 1300~1400°C(非專利文獻1)。已知一般的低碳鋼的熔點為1400°C~1500°C的范圍，因 此是非常高溫的。在如此進行高溫加熱時，要產生充分的摩擦熱則需要時間，難以縮短接合 時間。
[0018] 另外，因加熱時間變長而通過熱傳導使金屬構件的熱影響區(qū)擴大，使該熱影響區(qū) 的材料特性發(fā)生變化。因此，出現不能確保如設計那樣的強度及功能等問題。
[0019] 例如，在對鋼材進行摩擦壓焊時，接合部的周邊在寬的范圍內溫度上升，形成熱影 響區(qū)（以下稱為HAZ(HeatAffectedZone)。）。接合界面一旦被加熱到奧氏體區(qū)域并被 驟冷，因而成為馬氏體組織，有時產生顯著的HAZ硬化。在為淬火鋼等馬氏體鋼時，只有在 HAZ區(qū)被加熱到溫度低于Acl點的區(qū)域被回火，產生所謂的HAZ軟化。因此在為淬火鋼時， 有在HAZ區(qū)的一部分中產生強度下降、接合構件整體的強度下降的顧慮。
[0020] 另外，因高溫加熱而軟質化的區(qū)域通過頂鍛加壓（壓緊）而產生塑性流動，向外部 排出，其成為毛刺。在為金屬材料時，如果接合部的加熱溫度高則軟化區(qū)域也擴展，因此在 接合部周邊的寬的范圍產生塑性流動，不僅變形量增大，而且毛刺量也增大。因此最終制品 的精度惡化，需要除去毛刺等加工（切削加工等），多余地需要勞力和成本。此現象并不局 限于鋼，鋁、鈦、銅等金屬材料也出現同樣的情況。
[0021 ] 本發(fā)明是為解決這樣的問題而完成的，其目的是在金屬構件的摩擦壓焊中，去除 以往那樣由高溫加熱帶來的弊病，同時以短時間得到足夠的接合強度。
[0022] 用于解決課題的手段
[0023] 本發(fā)明人們進行了銳意的研究，結果得到以下的見識。
[0024] (a)發(fā)現了 ：在金屬構件的摩擦壓焊方法中，在將熔點比金屬構件低的嵌入件配 置在金屬構件之間實施摩擦壓焊時，能夠與熔化的嵌入件的流動一同將接合面的氧化物 (氧化皮膜）除去。由此，不用將金屬構件加熱至必要以上，只要使嵌入件熔化就能將存在 于金屬構件的接合面中的氧化物（包括氧化皮膜）除去。
[0025] (b)發(fā)現了 ：僅夾著嵌入件而進行加熱、壓緊，不能將接合面上的氧化物完全除 去。
[0026] 也就是說，認為通過接合面的相對的運動（例如旋轉運動等），將接合面上的氧化 物剝離，或形成易剝離的狀態(tài)，除此以外，通過熔化的嵌入件的流動，將該剝離的氧化物刮 取，然后沖走。由此，能夠顯著提高接合面的純凈度，能夠得到無缺陷的接合界面。
[0027] (c)發(fā)現了 ：為了最大限度地得到上述效果，優(yōu)選使嵌入件的熔點比接合所需的 加熱溫度（壓焊溫度）低50°C左右。這是因為：如果使嵌入件的熔點低至必要以上，則在 氧化物的剝離未發(fā)展時將嵌入件向外部擠出。
[0028] 這樣一來，盡管與以往的摩擦壓焊相比為低溫，但能夠將除去了氧化物的純凈接 合面彼此進行壓焊，確保金屬構件的密合性，得到高的接合強度。另外，因加熱溫度低而能 縮短接合時間。
[0029] 而且，盡管金屬材料因材質而使熔點變動，但發(fā)現能夠以與金屬構件的熔點（攝 氏溫度）的比率近似地表示嵌入件的熔點。也就是說，發(fā)現了最好以達到金屬構件熔點（攝 氏溫度）的60%~80%的溫度（攝氏溫度）的方式選擇嵌入件的熔點。
[0030] 本發(fā)明是基于上述見識而完成的，作為其主旨如下所述。
[0031] (1) -種摩擦壓焊方法，其是一對金屬構件的摩擦壓焊方法，其特征在于：以在所 述金屬構件的相對接合的面即接合面之間夾持下述嵌入件（也可以稱為嵌入材料）的狀態(tài) 開始摩擦壓焊，使所述嵌入件熔化，并將所述嵌入件從所述一對金屬構件之間擠出，其中所 述嵌入件由具有所述金屬構件的熔點（攝氏溫度）的60~80%的熔點（攝氏溫度）的金 屬形成，也就是說將熔化的所述嵌入件從所述相對的接合面之間擠出。
[0032](2)根據上述（1)所述的摩擦壓焊方法，其特征在于：所述嵌入件的厚度為10~ 500μm〇
[0033](3)根據上述（1)或（2)所述的摩擦壓焊方法，其特征在于：所述嵌入件覆蓋至少 一方的所述接合面。
[0034](4)根據上述（1)~（3)中任一項所述的金屬構件的摩擦壓焊方法，其特征在于：