搅拌摩擦焊用工具构件和使用该工具构件的搅拌摩擦焊装置以及搅拌摩擦焊方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：在使台肩部和搅拌针部一体化的由陶瓷构件构成的搅拌摩擦焊用工具构件中，所述搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状，在将所述台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D为0.02～0.20。另外，陶瓷构件优选由维氏硬度为1400HV1以上的氮化硅烧结体构成。根据上述构成，可以提供一种耐久性优良的搅拌摩擦焊用工具构件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】搅拌摩擦焊用工具构件和使用该工具构件的搅拌摩擦焊装置以及搅拌摩擦焊方法
实施方式涉及搅拌摩擦焊用工具构件和使用该工具构件的搅拌摩擦焊装置以及搅拌摩擦焊方法。
技术介绍
搅拌摩擦焊(FSW：FrictionStirWelding)为一种一边使被称之为搅拌针(probe)的焊接工具构件高速旋转一边按压在构件上，并利用摩擦热而使多个构件一体化的焊接方法。通过摩擦热而使构件(母材)软化，通过搅拌针的转矩而使焊接部周边产生塑性流动，从而可以使多个构件(母材和对应材料)一体化。因此，搅拌摩擦焊可以说是固相焊接的一种。搅拌摩擦焊由于为固相焊接，向焊接部的输入热量较少，因而焊接对象的软化和应变的程度较少。另外，由于不使用焊接钎料，因而可以期待成本的降低。搅拌摩擦焊中使用的焊接工具构件要求可耐高速旋转的耐磨性、和可耐摩擦热的耐热性。作为以前的焊接工具构件，在日本特开2011-98842号公报(专利文献1)中公开了使用氮化硅烧结体的构件。专利文献1的氮化硅烧结体是大量含有达20vol％的cBN(立方晶氮化硼)、SiC(碳化硅)、TiN(氮化钛)的烧结体。专利文献1的由氮化硅烧结体构成的焊接工具构件虽然可以看到一定的耐磨性的改善，但还要求进一步的改善。已经判明在如专利文献1那样大量添加达20vol％的cBN(立方晶氮化硼)、SiC(碳化硅)、TiN(氮化钛)的烧结体中，因变成难烧结性而不能得到致密的烧结体，从而氮化硅烧结体的耐磨性并不充分。另一方面，在国际公布号WO2016/047376号公报(专利文献2)所记载的专利技术中，开发了一种将烧结助剂量设定为15质量％以下的由氮化硅烧结体构成的搅拌摩擦焊用工具构件。通过将烧结助剂设定为规定的组合，实现了烧结助剂量的降低。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-98842号公报专利文献2：国际公布号WO2016/047376号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题专利文献2公开了一种使维氏硬度和断裂韧性值得以兼顾的氮化硅烧结体。由此，作为搅拌摩擦焊用工具构件，使性能得以提高。然而，从长期寿命的角度考虑，并不是可以令人满意的。对其原因进行了调查，结果判明其原因在于台肩部的形状。专利文献2的图2公开了一种断面有棱角这一形状的工具构件。在这样的结构中，台肩部于搅拌摩擦焊中与被焊接材料接触，结果存在的问题是台肩部欠缺而使功能丧失。实施方式的搅拌摩擦焊用工具构件是为应对这样的问题而完成的。用于解决课题的手段实施方式涉及一种搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：在使台肩部和搅拌针部一体化的由陶瓷构件构成的搅拌摩擦焊用工具中，搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状，在将台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D为0.02～0.20。附图说明图1是表示实施方式的搅拌摩擦焊用工具构件的一构成例的半剖视图。图2是表示工具构件的倾斜面的倾斜角度的一个例子的剖视图。具体实施方式实施方式涉及一种搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：在使台肩部和搅拌针部一体化的由陶瓷构件构成的搅拌摩擦焊用工具中，搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状，在将台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D为0.02～0.20。图1是表示实施方式的搅拌摩擦焊用工具构件的一个例子的半剖视图。图中，符号1为搅拌摩擦焊用工具构件，2为搅拌针部的顶端部，3为台肩部的端部，4为搅拌针部的根部，5为倾斜面，W为搅拌针部的外径，D为台肩部的外径。搅拌摩擦焊用工具构件1由使台肩部和搅拌针部一体化的陶瓷构件构成。所谓一体化，表示台肩部和搅拌针部由一个陶瓷烧结体形成的状态。例如，采用焊接钎料将台肩部和搅拌针部焊接在一起的被排除在外。同样，将台肩部和搅拌针部嵌合在一起的结构被排除在外。台肩部和搅拌针部通过设计为成为一个陶瓷烧结体的一体化结构，可以提高工具构件的强度。另外，搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状。搅拌针部为工具构件的顶端的凸部。通过将该凸部(搅拌针部)推到被焊接材料上而实施搅拌摩擦焊。该凸部的根成为根部。通过将根部设定为曲面形状，可以提高根部的强度。在如工具构件那样以高速旋转的情况下，如果根部为直角，则搅拌针部容易折断。通过赋予根部以曲面形状，便可以防止应力的集中。另外，台肩部的端部的特征也在于具有曲面形状。如果在搅拌摩擦焊时将搅拌针部推到被焊接材料上，则台肩部与被焊接材料接触。如果台肩部的端部为方形，则端部和被焊接材料的接触成为线接触状态。在线接触下，由于向台肩部的端部过于施加应力，因而端部容易发生破损。与此相对照，通过将台肩部的端部设定为曲面形状，便可以使台肩部的端部和被焊接材料的接触成为面接触。由此，可以有效地抑制台肩部发生破损。另外，在将台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D设定在0.02～0.20的范围内。台肩部的端部的曲率半径R1通过工具构件的断面观察或者图像分析(工具构件(立体)状态的图像分析)而求出。另外，台肩部的外径D设定为工具构件(陶瓷构件)的外径。从正面观察搅拌针部侧时，将台肩部的最长的直径设定为工具构件的外径D。R1/D为0.02～0.20表示使曲率半径R1相对于外径D(mm)处在2～20％的范围。通过存在台肩部，作为工具构件的强度便得以提高。另外，通过使台肩部与被焊接材料接触，搅拌力便得以提高。在不存在台肩部的形状中，成为只是搅拌针部的细长的形状。在细长的形状中，工具构件容易折断。如果存在台肩部，则可以提高工具构件的强度。另一方面，如果台肩部的端部为方形，则台肩部容易发生破损。通过将R1/D设定为0.02～0.20，便可以兼顾整个工具构件的强度提高和台肩部端部的强度提高。在R1/D低于0.02时，台肩部的端部的曲率半径R1过小，从而设定为曲面形状的效果并不充分。另外，在R1/D超过0.20时，曲率半径R1增大。如果曲率半径R1过大，则台肩部成为细长的形状，工具构件的强度降低。因此，R1/D优选为0.02～0.20，进一步优选在0.05～0.15的范围内。另外，台肩部的端部的曲率半径R1优选为0.5mm以上。在曲率半径R1低于0.5mm时，难以将R1/D控制在0.02～0.20的范围。特别地，为了在陶瓷构件中设计出这样的形状，必须使台肩部的外径D变细，从而加工困难。曲率半径R1的上限并没有特别的限定，但曲率半径R1优选为4mm以下。如果曲率半径R1较大而超过4mm，则台肩部成为溜肩膀形状。通过存在台肩部，在搅拌摩擦焊中便可以使搅拌针部进入被焊接材料中的深度稳定化。如果台肩部为溜肩膀形状，则难以使搅拌针部进入被焊接材料中的深度变得稳定。因此，台肩部的端部的曲率半径R1优选为0.5mm～4mm，进一步优选为1.2mm～2.3mm。另外，在将搅拌针部的根部的曲率半径设定为R2(mm)时，R2优选为0.1mm以上。如果曲率半径R2低于0.1mm，则搅拌针部的根部成为接近于直角的形状，从而搅拌针部的结构的强度降低。根部的形状也可以是如富士山脚下的原野形状那样的平缓的曲面形状。另一方面，通过将曲率半径R2设定为0.1mm以上，可以提高根部的结构的强度。另外，带来由搅拌针部产生的搅拌力的提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：在使台肩部和搅拌针部一体化的由陶瓷构件构成的搅拌摩擦焊用工具构件中，搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状，在将台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D为0.02～0.20。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.09 JP 2016-1563841.一种搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：在使台肩部和搅拌针部一体化的由陶瓷构件构成的搅拌摩擦焊用工具构件中，搅拌针部的根部以及台肩部的端部具有曲面形状，在将台肩部的端部的曲率半径设定为R1(mm)、台肩部的外径设定为D(mm)时，R1/D为0.02～0.20。2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：所述陶瓷构件由维氏硬度为1400HV1以上的氮化硅烧结体构成。3.根据权利要求1或2所述的搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：所述陶瓷构件为氮化硅烧结体，该氮化硅烧结体含有15质量％以下的除氮化硅以外的添加成分，而且添加成分含有3种以上的选自Y、镧系元素、Al、Mg、Si、Ti、Hf、Mo、C之中的元素。4.根据权利要求1～3中任一项所述的搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：所述搅拌针部的根部的曲率半径R2(mm)为0.1mm以上。5.根据权利要求1～4中任一项所述的搅拌摩擦焊用工具构件，其特征在于：所述台肩部的端部的曲率半径R1(mm)为0.5mm以上。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤井英俊，森贞好昭，船木开，池田功，阿部丰，加藤雅礼，
申请(专利权)人：国立大学法人大阪大学，东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP