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日立开发出超微细钢摩擦搅拌接合技术 |
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| http://cn.newmaker.com
9/20/2007 10:13:00 AM
日经BP社
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 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。
该接合技术将“力争在5年以内实现实用化”（日立制作所）。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（日立制作所）”。（记者:吉田 胜）
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