日立开发出超微细钢摩擦搅拌接合技术
据日经BP社报道:日立制作所开发出了通过摩擦搅拌接合(Friction Stir Welding.FSW).在减少机械特性下降的同时接合超微细粒钢板的技术.FSW是在钢板的接合部位边旋转边插入圆柱状工具(连接工具).使其沿接合部位移动.在因摩擦热而软化的材料保持固体状态的情况下的接合技术.该公司此前已将该技术实际应用于铁路车辆的铝合金接合用途等.此次通过改进工具的强度.插入深度以及荷重等.成功地将其应用于属于钢铁材料的超微细粒钢用途.
如果接合部位的温度过高.会导致晶粒膨胀强度降低.相反.如果温度过低.则接合不牢.该公司优化了加工条件.例如以0.1mm为单位控制接合工具的插入量.借此减少母材的吸热量.从而成功地减缓了机械特性的劣化.虽然屈服应力及延伸率比母材下降了15%左右.但保持了母材98%左右的疲劳特性.拉伸强度几乎没有下降.为了对这些接合条件进行优化.日立开发了专用的接合装置.这种接合装置在冷却接合工具的同时.能够在权衡热膨胀的情况下自动调整挤压量.另外.为了处理变形阻力较大的钢铁材料.该接合装置可施加约5倍于以前的铝合金材料专用装置的荷重(加工厚度为5mm的钢板时.约为4000kgf).
此外.日立制作所还开发出了可耐受达1000℃左右的接合部位温度的新接合工具.在铝合金的FSW时.使用的是铁类金属工具.对于超微细粒钢板.则采用了陶瓷材料工具.具体为采用了聚晶立方氮化硼(Polycrystalline Cubic Boron Nitride:pcBN).通过优化FSW时氮化硼的含量.将磨损量降低到了现有材料的1/10左右.采用这种新的接合工具进行加工时.通过直径约为20mm的工具以500-2000rpm的转速边旋转边搅拌母材.可以300-600mm/min的速度接合约1-5mm厚的钢板.
超微细粒钢技术是在高温下进行大压力轧制的同时.通过轧制后进行淬火以及使金属晶粒粉碎至1μm左右的微细化处理.提高钢板强度的.该技术的好处是由于无需添加稀有金属等特殊元素.容易进行循环利用.但是.如果用焊接等一般方法进行接合.存在着高温时晶粒变大.钢板强度下降的问题.目前.作为日本新能源及产业技术综合开发机构(NEDO)的委托业务.加工及接合技术开发项目“环境友好型超微细粒钢研制基础技术的开发”不断取得进展.此次的FSW接合技术就是作为该项目的一环而开发的.
日立制作所表示.该接合技术将“力争在5年以内实现实用化.”不过.“为了平衡加工成本.接合工具的耐久性还需要进一步提高到目前的10倍左右”.
[来源：大中华机械网]
