摩擦搅拌点接合接头及其制造方法、以及摩擦搅拌点接合方法与流程

本发明涉及摩擦搅拌点接合接头及其制造方法、以及摩擦搅拌点接合方法。

背景技术：

1、在组装汽车时，从成本、效率方面考虑，大多通过电阻焊接接合冲压成型的钢铁材料(部件)。

2、另外，近年来，也在研究摩擦搅拌点接合在钢铁材料上的应用。这里，摩擦搅拌点接合是指利用了摩擦搅拌现象的点接合法。具体而言，一边使具有肩部和从该肩部突出的销部的工具旋转，一边将工具的销部压入(推入)于由重叠的金属板构成的被接合材料。由此，使金属板软化及塑性流动，接合重叠的金属板。

3、作为与这样的摩擦搅拌点接合相关的技术，例如，在专利文献1中公开了如下内容：

4、“一种摩擦搅拌点接合方法，使由金属材料构成的第一部件及第二部件在软质部位于其边界部的状态下重叠，一边使旋转工具的销部旋转一边从上述第一部件压入至上述第二部件，并搅拌上述第一部件及上述第二部件，由此进行点接合，

5、上述第一及第二部件中的至少一方由800℃且应变速度10-3s-1下的拉伸强度为100mpa以上的金属材料构成，

6、上述软质部在室温下具有比上述拉伸强度为100mpa以上的上述金属材料的母材硬度低的硬度，

7、上述软质部是至少形成于上述拉伸强度为100mpa以上的上述金属材料的表层部的软质层，

8、上述拉伸强度为100mpa以上的上述金属材料是以质量％计c含量为0.3％以上的碳钢，上述软质层是以质量％计c含量为0.1％以下的脱炭层?！?。

9、专利文献1：日本专利第6160345号

10、然而，若使用通过专利文献1的技术得到的擦搅拌点接合接头来进行十字拉伸试验，则存在如下问题：沿着位于第一部件与第二部件的边界部的软质部产生断裂，无法得到充分的十字拉伸强度。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而开发的，其目的在于提供一种即使在作为被接合材料使用在表层部具有软质层(以下也称为表层软质层)的钢板的情况下，也具有高十字拉伸强度的摩擦搅拌点接合接头及其制造方法。

2、另外，本发明的目的在于提供一种用于得到上述的摩擦搅拌点接合接头的摩擦搅拌点接合方法。

3、这里，“高十字拉伸强度”意味着通过依据jis?z?3137的十字拉伸试验测定出的十字拉伸强度为8.0kn以上。

4、这样，发明人为了实现上述目的，反复进行了深入研究。其结果是，发明人们得到了如下见解：

5、·在接合部的上表面形成环状槽部，并且，

6、·同时适当地控制接合部的形状和硬度，具体而言，同时满足以下的(a)～(c)，

7、由此，在使用具有表层软质层的钢板作为被接合材料的情况下，也可得到高接头强度。

8、(a)关于接合部的凹部的最深点的铅垂方向位置，以作为被接合材料的钢板的下侧配合面为基准位置，满足-0.5mm以下以及-tl×0.50以下的位置中的至少一方。

9、(b)以作为被接合材料的钢板的上侧配合面为基准位置，将接合界面的最高点的铅垂方向位置设为+tu×0.50以上。

10、(c)在铅垂方向位置：+tu×0.50或+tu×0.60的位置上，在水平方向位置，将接合界面的位置的硬度与接合界面的位置+350μm的位置的硬度之差设为80hv以下。

11、另外，发明人进一步反复研究，得到了如下见解：为了得到上述的摩擦搅拌点接合接头，在接合时同时满足以下的(d)～(f)较为重要。

12、(d)关于工具的压入最大深度的铅垂方向位置，以钢板的下侧配合面为基准位置，满足-0.5mm以下以及-tl×0.50以下中的至少一方，并且为在工具到达压入最大深度时肩与被接合材料的上板接触(通过肩按压被接合材料)的状态。

13、(e)将最高到达温度设为850℃以下。

14、(f)适当控制接合条件，具体而言，关于工具旋转速度、工具压入量及加压力，满足下式(1)的关系。

15、[数式1]

16、

17、式(1)中，

18、n是接合条件的切换次数，

19、rk+1是第k次的接合条件切换后的工具旋转速度(rpm)，

20、ak+1是从第k次的接合条件的切换时刻起到第k+1次的接合条件的切换时刻为止的工具压入量(mm)，

21、pk+1是第k次的接合条件切换后的加压力(n)。

22、其中，r1为初始工具旋转速度(rpm)，a1为初始接合条件下的工具压入量(mm)，p1为初始加压力(n)。另外，a?n+1为从第n次的接合条件的切换时刻起到工具的压入最大深度到达时刻为止的工具压入量(mm)。

23、本发明是基于上述的见解进一步研究而完成的。

24、即，本发明的主旨结构如下。

25、1.一种摩擦搅拌点接合接头，具有重叠的两张以上的钢板、该钢板的接合部以及该接合部的上表面的环状槽部，其中，

26、上述钢板中的至少一张具有表层软质层，

27、上述接合部具有：凹部；与该凹部邻接的第一流动部；与该第一流动部邻接的第二流动部；以及作为该第一流动部与该第二流动部的边界的接合界面，

28、上述凹部的最深点的铅垂方向位置以上述钢板的下侧配合面为基准位置，满足-0.5mm以下以及-tl×0.50以下的位置中的至少一方，

29、上述接合界面的最高点的铅垂方向位置以上述钢板的上侧配合面为基准位置，为+tu×0.50以上，

30、在铅垂方向位置：+tu×0.50或+tu×0.60的位置上，在水平方向位置，上述接合界面的位置的硬度与上述接合界面的位置+350μm的位置的硬度之差为80hv以下。

31、这里，上板及下板分别是重叠的两张以上的钢板中的位于最上部的钢板及位于最下部的钢板，

32、tu是上板的钢板的板厚(mm)，

33、tl是下板的钢板的板厚(mm)，

34、上侧配合面是上板与邻接于该上板的钢板的配合面，

35、下侧配合面是下板与邻接于该下板的钢板的配合面。

36、另外，铅垂方向位置以比基准位置靠上侧的情况为+，以比基准位置靠下侧的情况为-。水平方向位置为距基准位置的距离。

37、2.根据上述1所述的摩擦搅拌点接合接头，其中，上述表层软质层的平均碳浓度为具有上述表层软质层的钢板的成分组成的碳浓度的80％以下。

38、3.一种摩擦搅拌点接合方法，一边使具有肩部和从该肩部突出的销部的工具旋转，一边将该销部压入于作为被接合材料的重叠的两张以上的钢板，将该钢板接合，其中，

39、作为上述被接合材料的钢板中的至少一张具有表层软质层，

40、上述工具的压入最大深度的铅垂方向位置以上述钢板的下侧配合面为基准位置，满足-0.5mm以下以及-tl×0.50以下的位置中的至少一方，且为在上述工具到达压入最大深度时上述肩与上板接触的状态，

41、最高到达温度为850℃以下，

42、满足下式(1)的关系。

43、[数式2]

44、

45、式(1)中，

46、n是接合条件的切换次数，

47、rk+1是第k次的接合条件切换后的工具旋转速度(rpm)，

48、ak+1是从第k次的接合条件的切换时刻起到第k+1次的接合条件的切换时刻为止的工具压入量(mm)，

49、pk+1是第k次的接合条件切换后的加压力(n)。

50、其中，r1为初始工具旋转速度(rpm)，a1为初始接合条件下的工具压入量(mm)，p1为初始加压力(n)。另外，an+1为从第n次的接合条件的切换时刻起到工具的压入最大深度到达时刻为止的工具压入量(mm)。

51、另外，上板及下板分别是重叠的两张以上的钢板中的位于最上部的钢板及位于最下部的钢板，

52、tl是下板的钢板的板厚(mm)，

53、下侧配合面是下板与邻接于该下板的钢板的配合面。

54、并且，铅垂方向位置以比基准位置靠上侧的情况为+，以比基准位置靠下侧的情况为-。

55、4.根据上述3所述的摩擦搅拌点接合方法，其中，上述表层软质层的平均碳浓度为具有上述表层软质层的钢板的成分组成的碳浓度的80％以下。

56、5.一种摩擦搅拌点接合接头的制造方法，其中，通过上述3或4所述的摩擦搅拌点接合方法将重叠的两张以上的钢板接合。

57、根据本发明，可得到在作为被接合材料使用具有表层软质层的钢板的情况下，也具有高十字拉伸强度的摩擦搅拌点接合接头。由此，能够对更大范围的钢板应用摩擦搅拌点接合，因此工业上的利用价值极大。