日立開發(fā)出超微細(xì)鋼摩擦攪拌接合技術(shù)

作者： 2013年07月19日來(lái)源：瀏覽量：

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據(jù)日經(jīng)BP社報(bào)道:日立制作所開發(fā)出了通過(guò)摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding.FSW).在減少機(jī)械特性下降的同時(shí)接合超微細(xì)粒鋼板的技術(shù).FSW是在鋼板的接合部位邊旋轉(zhuǎn)邊插入圓柱狀工具(連接工具).使其沿接合部位移動(dòng).在因摩擦熱而軟化的材料保持固體狀態(tài)的情況下的接合技術(shù).該公司此前已將該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于鐵路車輛的鋁合金接合用途等.此次通過(guò)改進(jìn)工具的強(qiáng)度.插入深度以及荷重等.成功地將其應(yīng)用于屬于鋼鐵材料的超微細(xì)粒鋼用途.

如果接合部位的溫度過(guò)高.會(huì)導(dǎo)致晶粒膨脹強(qiáng)度降低.相反.如果溫度過(guò)低.則接合不牢.該公司優(yōu)化了加工條件.例如以0.1mm為單位控制接合工具的插入量.借此減少母材的吸熱量.從而成功地減緩了機(jī)械特性的劣化.雖然屈服應(yīng)力及延伸率比母材下降了15%左右.但保持了母材98%左右的疲勞特性.拉伸強(qiáng)度幾乎沒(méi)有下降.為了對(duì)這些接合條件進(jìn)行優(yōu)化.日立開發(fā)了專用的接合裝置.這種接合裝置在冷卻接合工具的同時(shí).能夠在權(quán)衡熱膨脹的情況下自動(dòng)調(diào)整擠壓量.另外.為了處理變形阻力較大的鋼鐵材料.該接合裝置可施加約5倍于以前的鋁合金材料專用裝置的荷重(加工厚度為5mm的鋼板時(shí).約為4000kgf).

此外.日立制作所還開發(fā)出了可耐受達(dá)1000℃左右的接合部位溫度的新接合工具.在鋁合金的FSW時(shí).使用的是鐵類金屬工具.對(duì)于超微細(xì)粒鋼板.則采用了陶瓷材料工具.具體為采用了聚晶立方氮化硼(Polycrystalline Cubic Boron Nitride:pcBN).通過(guò)優(yōu)化FSW時(shí)氮化硼的含量.將磨損量降低到了現(xiàn)有材料的1/10左右.采用這種新的接合工具進(jìn)行加工時(shí).通過(guò)直徑約為20mm的工具以500-2000rpm的轉(zhuǎn)速邊旋轉(zhuǎn)邊攪拌母材.可以300-600mm/min的速度接合約1-5mm厚的鋼板.

超微細(xì)粒鋼技術(shù)是在高溫下進(jìn)行大壓力軋制的同時(shí).通過(guò)軋制后進(jìn)行淬火以及使金屬晶粒粉碎至1μm左右的微細(xì)化處理.提高鋼板強(qiáng)度的.該技術(shù)的好處是由于無(wú)需添加稀有金屬等特殊元素.容易進(jìn)行循環(huán)利用.但是.如果用焊接等一般方法進(jìn)行接合.存在著高溫時(shí)晶粒變大.鋼板強(qiáng)度下降的問(wèn)題.目前.作為日本新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的委托業(yè)務(wù).加工及接合技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目“環(huán)境友好型超微細(xì)粒鋼研制基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)”不斷取得進(jìn)展.此次的FSW接合技術(shù)就是作為該項(xiàng)目的一環(huán)而開發(fā)的.

日立制作所表示.該接合技術(shù)將“力爭(zhēng)在5年以內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化.”不過(guò).“為了平衡加工成本.接合工具的耐久性還需要進(jìn)一步提高到目前的10倍左右”.

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