[发明专利]铁基超细微晶材料的接合方法以及用该方法制造的结构件

说明书

技术领域

本发明涉及微晶体组成的铁基材料的非焊接接合方法，特别涉及具有微晶体而且能够保持优良强度和耐腐蚀性的接合结构件。

背景技术

已有金属结构件组装接合的方法，一般是使材料互相对接的部分熔化的焊接方法。

处于材料熔化部分的组织因焊接而消失，变成凝固组织，而且受到热影响部分的晶粒还会生长和粗大化。尽可能抑制受到热影响部分的结晶生长和粗大化的方法有，能够减少向基体材料输入热量的激光焊接法(特开平11-170088号公报)、电子束焊接法(特开昭62-64486号公报)、微电弧焊接法(特开平9-192838号公报)或者窄间隙焊接法(特开2000-246438号公报)等。

此外还有一种将被加工物体互相对接后使之高速旋转，利用摩擦加热使之接合的方法(特开2000-015462号公报)。

另一方面，还有一种不使基体材料熔化的接合方法，即使低熔点钎料熔化接合的软钎焊法和硬钎焊法。

近年来，为了赋予材料以强度和耐腐蚀性等所需性能的方法有晶粒微细化法，陆续开发出一种晶粒直径多处于5微米以下的多微晶铁系材料【例如参见《第二次超金属研讨会论文集》(1999)((财)金属材料研究开发中心等)，以及《第四次超钢铁加工论文概要集》(2000)(科学技术厅金属材料研究所)】。

不用软、硬钎焊法，而使用那些微晶材料使材料之间互相熔合的方法制成接合部分，将结构件复合在一起时，即使采用输入热量低的方法，例如激光焊接法、电子束焊接法、微电弧焊接法或窄间隙焊接法，也会使接合部分温度上升到熔点，晶粒直径已经受到抑制的微晶组织在接合部分也会消失，所以在热影响部分出现警惕生长也是不可避免的。

此外，熔融后由于经历凝固和冷却过程，所以被焊接部分的变形是不可避免的。对接摩擦接合法，不适于包含通常板材的接合结构件的制造。

发明概述

本发明目的在于提供一种非熔融焊接接合方法以及包括该接合部分的结构件，所说的方法即使对广泛用作结构材料的铁基材料中晶粒直径得到微细化的微晶体，也能尽可能维持其特性。

本发明提供一种铁基材料的接合方法，所说的铁基材料是不含非晶相的铁基微晶体，其中包括用摩擦搅拌接合法，将平均晶径d按纳米计，(a)处于10＜d≤5×10³范围内化学成分上和结晶学上同种或者不同种的两种微晶体，或者将(b)处于10＜d≤5×10³范围内的一种微晶体，与处于5×10³＜d范围内另一种化学成分上和结晶学上同种或者不同种的微晶体接合。

本发明还提供一种铁基材料的接合方法，所说的铁基材料是奥氏体不锈钢，其中包括用摩擦搅拌接合法，将平均晶径d按纳米计，(a)处于10＜d≤5×10³范围内的两种钢，或者将(b)处于10＜d≤5×10³范围内的一种微晶钢，与处于5×10³＜d范围内另一种钢接合。

本发明另外提供一种铁基材料的接合方法，所说的铁基材料是不含马氏体相和回火马氏体组织、碳含量在0.12重量％以下的铁素体不锈钢，其中包括用摩擦搅拌接合法，将平均晶径d按纳米计，(a)处于10＜d≤5×10³范围内的两种钢，或者将(b)处于10＜d≤5×10³范围内的一种微晶钢，与处于5×10³＜d范围内另一种钢接合。

在本发明中，作为铁基材料，如后所述，还同样可以使用其他两相不锈钢、微晶体奥氏体系不锈钢、铁素体系不锈钢、两相不锈钢等。

附图的简要说明

图1是微晶SUS304钢的透射显微镜(TEM)照片。

图2是对接摩擦搅拌接合的示意轴侧图。

图3是微晶SUS304钢的摩擦搅拌接合部分的照片。

图4是附图3中摩擦搅拌接合部分的断面照片。

图5是叠合摩擦搅拌接合的示意轴侧图。

图6是T型摩擦搅拌接合的示意轴侧图。

图7是用摩擦搅拌接合法制造管材的示意轴侧图。

图8是管材的摩擦搅拌接合方式的示意轴侧图。

图9是表示转变为马氏体的接合部分与基体材料界面的光学显微组织照片。

图10是转变为马氏体的接合部分的光学显微组织照片。

发明的详细说明